JP6107012B2 - Antenna design method - Google Patents
Antenna design method Download PDFInfo
- Publication number
- JP6107012B2 JP6107012B2 JP2012198958A JP2012198958A JP6107012B2 JP 6107012 B2 JP6107012 B2 JP 6107012B2 JP 2012198958 A JP2012198958 A JP 2012198958A JP 2012198958 A JP2012198958 A JP 2012198958A JP 6107012 B2 JP6107012 B2 JP 6107012B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- antenna
- matching
- model
- matching circuit
- line
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/30—Circuit design
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/30—Circuit design
- G06F30/36—Circuit design at the analogue level
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/12—Supports; Mounting means
- H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
- H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
- H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
- H01Q1/242—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use
- H01Q1/243—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use with built-in antennas
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/28—Combinations of substantially independent non-interacting antenna units or systems
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/10—Noise analysis or noise optimisation
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
- H03H7/38—Impedance-matching networks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Geometry (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Details Of Aerials (AREA)
- Architecture (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Description
本発明は、アンテナ設計方法、アンテナ設計装置、およびアンテナ設計プログラムに関する。 The present invention relates to an antenna design method, an antenna design apparatus, and an antenna design program.
携帯情報端末装置等の通信装置に実装される送受信アンテナに複数のアンテナ素子を含むアンテナを用いることによって通信品質を向上させる無線通信技術がある。Multiple-input Multiple-output(MIMO)は、そうした無線通信技術の一例である。 There is a wireless communication technique for improving communication quality by using an antenna including a plurality of antenna elements as a transmission / reception antenna mounted on a communication device such as a portable information terminal device. Multiple-input Multiple-output (MIMO) is an example of such wireless communication technology.
複数のアンテナ素子を含むアンテナは、例えば、以下のようなアンテナ設計方法によって設計される。
まず、設計者は、複数のアンテナ素子を含むアンテナ単体のモデルを作成する。
An antenna including a plurality of antenna elements is designed by the following antenna design method, for example.
First, the designer creates a model of a single antenna including a plurality of antenna elements.
設計者は、作成されたアンテナ単体モデルのアンテナ特性を、電磁界シミュレータを用いたシミュレーションによって取得する。取得されるアンテナ特性には、アンテナインピーダンス、放射効率、およびトータル効率等が含まれる。 The designer acquires the antenna characteristics of the created single antenna model by simulation using an electromagnetic field simulator. The acquired antenna characteristics include antenna impedance, radiation efficiency, total efficiency, and the like.
次に、設計者は、取得されたアンテナ単体モデルの特性を参考にして、複数のアンテナ素子に接続する各整合回路のモデルを作成する。そして、設計者は、作成された各整合回路のモデルをアンテナ単体モデルに追加し、整合回路が追加されたモデルのアンテナ特性を電磁界シミュレータを用いて取得する。 Next, the designer creates a model of each matching circuit connected to a plurality of antenna elements with reference to the characteristics of the acquired single antenna model. Then, the designer adds the created model of each matching circuit to the single antenna model, and acquires the antenna characteristics of the model to which the matching circuit is added using an electromagnetic field simulator.
設計者は、取得されたアンテナ特性が所望の規格を満たすか否かの評価を行う。整合回路が追加されたアンテナモデルのアンテナ特性が所望の規格を満たすと評価する場合には、設計者は、アンテナ設計を終了する。一方、アンテナ特性が所望の規格を満たさないと評価する場合には、設計者は、複数のアンテナ素子に接続する各整合回路のモデルを作成し直し、アンテナ設計を継続する。 The designer evaluates whether or not the acquired antenna characteristics satisfy a desired standard. When evaluating that the antenna characteristics of the antenna model to which the matching circuit is added satisfy the desired standard, the designer ends the antenna design. On the other hand, when evaluating that the antenna characteristics do not satisfy a desired standard, the designer recreates a model of each matching circuit connected to the plurality of antenna elements, and continues the antenna design.
なお、放射素子となる透明導電膜の導電率やマイクロストリップラインの導電率等を含む所定のパラメータを用いて、パッチアンテナの放射特性を測定する従来技術がある。
送信及び/又は受信モジュールの整合素子およびアンテナの放射効率を測定する従来技術がある。
There is a conventional technique for measuring the radiation characteristics of a patch antenna using predetermined parameters including the conductivity of a transparent conductive film serving as a radiating element and the conductivity of a microstrip line.
There are conventional techniques for measuring the radiation efficiency of matching elements and antennas of transmission and / or reception modules.
リアクタンス回路を含むノッチアンテナについて、周波数とリターンロスとの関係および周波数とアンテナ効率との関係を有限差分時間領域(Finite Difference Time Domain Method、FDTD)法等の電磁界シミュレーションで求める従来技術がある。 For a notch antenna including a reactance circuit, there is a conventional technique for obtaining a relationship between frequency and return loss and a relationship between frequency and antenna efficiency by electromagnetic field simulation such as a finite difference time domain method (FDTD) method.
近年、携帯情報端末装置は小型化および薄型化し、携帯情報端末装置に備えられるアンテナの搭載スペースも小型化および薄型化している。小型化および薄型化された携帯情報端末装置では、アンテナと金属で構成される周辺部品とが近づく構造になり得る。アンテナの近くに金属が存在すると、アンテナ電流を打ち消すような電流が金属に流れるため、アンテナ性能の劣化を招く。 In recent years, portable information terminal devices have been reduced in size and thickness, and the space for mounting an antenna provided in the portable information terminal device has also been reduced in size and thickness. A portable information terminal device that has been reduced in size and thickness can have a structure in which an antenna and a peripheral component made of metal approach each other. When metal is present near the antenna, a current that cancels the antenna current flows through the metal, which causes deterioration of antenna performance.
アンテナの性能指標には、放射抵抗Rrがある。アンテナおよび整合回路等に含まれる損失抵抗をRlとすると,アンテナに加えられた正味の電力とアンテナから放射される電力との比である放射効率ηは、以下の式(1)で表される。
式(1)から明らかなように、アンテナの放射抵抗Rrが小さい場合には、損失抵抗Rlが僅かな値であっても、放射効率ηは大きく劣化する。そこで、放射抵抗Rrが大きくなるようにアンテナを設計することが望ましい。 As is clear from equation (1), when the radiation resistance R r of the antenna is small, the radiation efficiency η is greatly degraded even if the loss resistance R l is a small value. Therefore, it is desirable to design the antenna so that the radiation resistance R r is increased.
しかしながら、小型化および薄型化した携帯情報端末装置では、前述したようにアンテナの近くに金属が存在し得るため、電波を放射しにくい構造、すなわち、放射抵抗Rrが小さい構造になり得る。そこで、放射抵抗Rrが小さい構造のアンテナを設計する際には、僅かな値であっても損失抵抗Rlに注意を払う必要がある。 However, as described above, since a metal can exist near the antenna in the downsized and thin portable information terminal device, a structure that hardly emits radio waves, that is, a structure that has a small radiation resistance Rr can be obtained. Therefore, when designing an antenna having a structure with a small radiation resistance R r , it is necessary to pay attention to the loss resistance R 1 even if it is a small value.
アンテナの入力インピーダンスが特性インピーダンス(例えば、50Ω)からずれる場合には,整合回路によって整合を取る必要がある。整合回路を構成する整合素子には、静電容量成分またはインダクタンス成分、および寄生インダクタンス成分または寄生静電容量成分に加えて、僅かながら抵抗成分が含まれる。そこで、放射抵抗Rrが小さい構造のアンテナを設計する際には、整合回路を構成する各整合素子の抵抗成分を考慮する必要がある。 When the input impedance of the antenna deviates from the characteristic impedance (for example, 50Ω), it is necessary to perform matching by a matching circuit. The matching element constituting the matching circuit includes a slight resistance component in addition to the capacitance component or inductance component and the parasitic inductance component or parasitic capacitance component. Therefore, when designing an antenna having a structure with a small radiation resistance R r , it is necessary to consider the resistance component of each matching element constituting the matching circuit.
また、小型化および薄型化した携帯情報端末装置に、前述したような複数のアンテナ素子を含むアンテナが搭載される場合には、アンテナ素子間の配置間隔が狭くなるため、アンテナ素子間に電磁結合が生じ得る。アンテナ素子間に電磁結合が生じると、放射効率の低下といったアンテナ特性の劣化を招く。そこで、設計対象のアンテナが複数のアンテナ素子を含む場合には、アンテナ素子間のアイソレーション特性といった、アンテナ素子間に生じる相互作用を考慮してアンテナ設計を行う必要がある。 In addition, when an antenna including a plurality of antenna elements as described above is mounted on a miniaturized and thin portable information terminal device, the arrangement interval between the antenna elements is narrowed. Can occur. When electromagnetic coupling occurs between the antenna elements, the antenna characteristics are degraded such as a decrease in radiation efficiency. Therefore, when the antenna to be designed includes a plurality of antenna elements, it is necessary to design the antenna in consideration of the interaction between the antenna elements such as the isolation characteristics between the antenna elements.
しかしながら、前述した従来のアンテナ設計方法では、アンテナ素子間の相互作用や、個々のアンテナ素子に接続される整合回路の損失が加味されたアンテナ設計を迅速かつ効率的に行なうことができない。 However, in the conventional antenna design method described above, it is not possible to quickly and efficiently perform antenna design that takes into account the interaction between antenna elements and the loss of matching circuits connected to individual antenna elements.
すなわち、前述した従来のアンテナ設計方法では、複数のアンテナ素子それぞれに接続された整合回路を含むアンテナモデルのアンテナ特性をシミュレーションによって取得する。このため、従来のアンテナ設計方法では、アンテナ素子間の相互作用や整合回路の損失が加味されたアンテナ特性を算出するには膨大な時間を要する。したがって、従来のアンテナ設計方法では、所望の規格を満足するアンテナ設計を迅速に行なうことができない。 That is, in the conventional antenna design method described above, the antenna characteristics of an antenna model including a matching circuit connected to each of a plurality of antenna elements are obtained by simulation. For this reason, in the conventional antenna design method, it takes an enormous amount of time to calculate the antenna characteristics in consideration of the interaction between the antenna elements and the loss of the matching circuit. Therefore, with the conventional antenna design method, it is not possible to quickly design an antenna that satisfies a desired standard.
また、前述した従来のアンテナ設計方法では、シミュレーション結果が所望の規格に適合するか否かを設計者が評価し、設計者は、評価結果に基づき整合回路の構成を検討し直す必要がある。このため、従来のアンテナ設計方法では、アンテナ素子間の相互作用や整合回路の損失が加味されたアンテナ設計を迅速かつ効率的に行なうことができない。 Further, in the conventional antenna design method described above, the designer evaluates whether or not the simulation result conforms to a desired standard, and the designer needs to reconsider the configuration of the matching circuit based on the evaluation result. For this reason, in the conventional antenna design method, it is not possible to quickly and efficiently perform an antenna design that takes into account the interaction between antenna elements and the loss of the matching circuit.
本発明の課題は、アンテナ素子間の相互作用および整合素子の損失が加味されたアンテナ設計を迅速かつ効率的に行うことである。 An object of the present invention is to quickly and efficiently perform an antenna design that takes into account the interaction between antenna elements and the loss of matching elements.
一実施形態に従えば、コンピュータは、複数のアンテナ素子を含むアンテナと、複数のアンテナ素子にそれぞれ接続される整合回路であって、寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含む整合素子により構成される整合回路とを含むアンテナモデルを作成する。また、コンピュータは、アンテナの特性および整合素子の特性を取得し、作成されたアンテナモデルの特性を取得されたアンテナの特性および整合素子の特性を用いて計算する。そして、コンピュータは、計算されたアンテナモデルの特性が所望の規格値を満たすか否かを判定し、判定された結果を表示する。ここで、アンテナモデルの特性は、アンテナのSパラメータとアンテナモデルのトータル効率とを含み、整合素子の特性は、整合素子のインピーダンスを含み、アンテナモデルの特性は、アンテナモデルのSパラメータを含む。なお、アンテナモデルの特性の計算において、コンピュータは、アンテナのSパラメータを用いてアンテナのFパラメータを計算し、整合素子のインピーダンスを用いて整合回路のFパラメータを計算し、計算されたアンテナのFパラメータおよび整合回路のFパラメータを用いアンテナモデルのSパラメータを計算し、アンテナの放射効率およびアンテナの損失の和と放射効率との比が、アンテナ単体のモデルとアンテナモデルとで同じであるとみなして、アンテナモデルの前記トータル効率を計算する。 According to one embodiment, a computer includes an antenna including a plurality of antenna elements, and a matching circuit connected to each of the plurality of antenna elements, the matching circuit including parasitic reactances and loss resistors. Create an antenna model containing. Further, the computer acquires the characteristics of the antenna and the characteristics of the matching element, and calculates the characteristics of the created antenna model using the acquired characteristics of the antenna and the characteristics of the matching element. Then, the computer determines whether or not the calculated characteristics of the antenna model satisfy a desired standard value, and displays the determined result. Here, the characteristic of the antenna model includes the S parameter of the antenna and the total efficiency of the antenna model, the characteristic of the matching element includes the impedance of the matching element, and the characteristic of the antenna model includes the S parameter of the antenna model. In calculating the characteristics of the antenna model, the computer calculates the F parameter of the antenna using the S parameter of the antenna, calculates the F parameter of the matching circuit using the impedance of the matching element, and calculates the F of the antenna. The S parameter of the antenna model is calculated using the parameters and the F parameter of the matching circuit, and the ratio of the radiation efficiency of the antenna and the sum of the loss of the antenna and the radiation efficiency is regarded as the same for the model of the antenna alone and the antenna model Then, the total efficiency of the antenna model is calculated .
実施形態に従えば、アンテナ素子間の相互作用および整合素子の損失が加味されたアンテナ設計を迅速かつ効率的に行うことができる。 According to the embodiment, it is possible to quickly and efficiently perform antenna design that takes into account the interaction between antenna elements and the loss of matching elements.
以下、図面を参照しながら、実施形態を詳細に説明する。
図1は、実施形態に従ったアンテナ設計装置の機能的構成図である。
図1に示したアンテナ設計装置100は、アンテナ素子間の相互作用および整合素子の損失を加味して、アンテナ設計を実行する装置である。
Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a functional configuration diagram of an antenna design apparatus according to an embodiment.
The antenna design apparatus 100 shown in FIG. 1 is an apparatus that performs antenna design in consideration of the interaction between antenna elements and the loss of matching elements.
後述するように、アンテナ素子間の相互作用および整合素子の損失を加味したアンテナ設計を実行する場合には、アンテナ設計装置100は、アンテナおよび整合回路を含むモデルのアンテナ特性を実施形態に従った解析的手法により算出する。 As will be described later, when the antenna design is performed in consideration of the interaction between the antenna elements and the loss of the matching element, the antenna design apparatus 100 uses the antenna characteristics of the model including the antenna and the matching circuit according to the embodiment. Calculated by analytical method.
また、実施形態によっては、アンテナ設計装置100は、アンテナ素子間の相互作用および整合素子の損失に加えて、アンテナ素子と波源(信号源)との間の給電線路の損失を加味してアンテナ設計を実行する。 In some embodiments, the antenna design apparatus 100 takes into account the loss of the feed line between the antenna element and the wave source (signal source) in addition to the interaction between the antenna elements and the loss of the matching element. Execute.
アンテナ素子と波源である送受信モジュールとを接続する線路には、損失が含まれ得る。例えば、携帯情報端末装置が薄型化すると、線路の厚さも薄くなり得る。線路の損失は、線路の厚さが薄くなるに従って大きくなるため、アンテナの放射効率ηは、線路の損失の影響を受けて劣化し得る。そこで、アンテナに接続予定の給電線路の厚さ如何によっては、線路の損失を考慮してアンテナ設計を実行する必要がある。 The line connecting the antenna element and the transmission / reception module as the wave source may include a loss. For example, when the portable information terminal device is thinned, the thickness of the line may be thin. Since the loss of the line becomes larger as the thickness of the line becomes thinner, the radiation efficiency η of the antenna can be deteriorated by the influence of the loss of the line. Therefore, depending on the thickness of the feed line to be connected to the antenna, it is necessary to perform antenna design in consideration of the line loss.
後述するように、アンテナ素子間の相互作用および整合素子の損失に加えて、線路の損失を加味してアンテナ設計を実行する場合には、アンテナ設計装置100は、アンテナ、整合回路、および線路を含むモデルのアンテナ特性を実施形態に従った解析的手法により算出する。 As will be described later, when antenna design is performed in consideration of the loss of the line in addition to the interaction between the antenna elements and the loss of the matching element, the antenna design device 100 includes the antenna, the matching circuit, and the line. The antenna characteristics of the included model are calculated by an analytical method according to the embodiment.
アンテナ設計装置100には、入力部110、記憶部120、処理部130、および表示部140が含まれる。 The antenna design apparatus 100 includes an input unit 110, a storage unit 120, a processing unit 130, and a display unit 140.
入力部110は、アンテナ設計に必要な各種データを入力するための装置である。入力部110は、例えば、キーボードやマウス等である。 The input unit 110 is a device for inputting various data necessary for antenna design. The input unit 110 is, for example, a keyboard or a mouse.
入力部110を介して入力される各種データには、モデルの形状、モデルの材質、波源、回路部品、解析条件、および解析出力項目に関するデータが含まれる。 The various data input via the input unit 110 includes data related to the model shape, model material, wave source, circuit components, analysis conditions, and analysis output items.
モデルの材質に関するデータは、例えば、導電率、誘電率、透磁率、および各種損失等に関するデータである。解析条件に関するデータは、例えば、解析する周波数の上限および下限、周波数の刻み、および高速処理設定の有無等に関するデータである。解析出力項目に関するデータは、例えば、Sパラメータ(Scattering parameter)、放射効率、およびトータル効率に関するデータである。また、解析出力項目に関するデータには、アンテナインピーダンスおよび整合素子のインピーダンスも含まれ得、実施形態によっては、線路の特性インピーダンスおよび伝達係数も含まれ得る。 The data relating to the material of the model is, for example, data relating to conductivity, dielectric constant, magnetic permeability, various losses, and the like. The data relating to the analysis conditions is, for example, data relating to the upper and lower limits of the frequency to be analyzed, the frequency increment, and the presence / absence of high-speed processing setting. The data relating to the analysis output item is, for example, data relating to S parameter (Scattering parameter), radiation efficiency, and total efficiency. In addition, the data regarding the analysis output item may include the antenna impedance and the impedance of the matching element, and may include the characteristic impedance and transfer coefficient of the line depending on the embodiment.
なお、放射効率とは、アンテナおよび整合回路を含むモデルでは、波源側の整合回路の挿入位置でアンテナ(給電されたアンテナ素子)に入る正味の電力とアンテナからの放射電力との比である。また、アンテナ、整合回路、および線路を含むモデルでは、放射効率とは、波源側の線路の挿入位置でアンテナ(給電されたアンテナ素子)に入る正味の電力とアンテナからの放射電力との比である。線路および整合回路を含まないアンテナ単体のモデルでは、放射効率は、アンテナ(給電されたアンテナ素子)に入る正味の電力とアンテナからの放射電力との比である。 In the model including the antenna and the matching circuit, the radiation efficiency is a ratio between the net power entering the antenna (powered antenna element) at the insertion position of the matching circuit on the wave source side and the radiation power from the antenna. In the model including the antenna, matching circuit, and line, the radiation efficiency is the ratio between the net power that enters the antenna (powered antenna element) at the insertion position of the line on the wave source side and the radiated power from the antenna. is there. In a model of a single antenna that does not include a line and a matching circuit, the radiation efficiency is the ratio of the net power entering the antenna (powered antenna element) and the radiated power from the antenna.
また、トータル効率とは、波源からの全入力電力とアンテナ(給電されたアンテナ素子)からの放射電力との比を指す。 The total efficiency refers to the ratio between the total input power from the wave source and the radiated power from the antenna (powered antenna element).
記憶部120は、処理部130による処理データが格納されるアンテナ特性ファイル121および計算処理データファイル123を含む記憶装置である。 The storage unit 120 is a storage device that includes an antenna characteristic file 121 and a calculation processing data file 123 in which processing data by the processing unit 130 is stored.
アンテナ設計装置100が線路の損失をも加味してアンテナ設計を実行する実施形態では、記憶部120は、線路特性ファイル122をさらに含み得る。 In an embodiment in which the antenna design apparatus 100 performs antenna design in consideration of line loss, the storage unit 120 may further include a line characteristic file 122.
また、実施形態によっては、記憶部120は、整合素子データファイル124をさらに含む。整合素子データファイル124には、例えば、回路部品メーカー等により市販されている整合素子の各種データが格納される。格納される整合素子の各種データの一例としては、整合素子の種別、整合素子の静電容量またはインダクタンス、整合素子のサイズ、寄生インダクタンスまたは寄生静電容量、損失抵抗、耐圧、および価格等に関するデータが挙げられる。 In some embodiments, the storage unit 120 further includes a matching element data file 124. The matching element data file 124 stores, for example, various data of matching elements that are commercially available from circuit component manufacturers and the like. As an example of various data of the matching element to be stored, data on the type of matching element, the capacitance or inductance of the matching element, the size of the matching element, parasitic inductance or parasitic capacitance, loss resistance, withstand voltage, price, etc. Is mentioned.
記憶部120は、例えば、Read Only Memory(ROM)、Random Access Memory(RAM)、およびハードディスクドライブ(HDD)等である。 The storage unit 120 is, for example, a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), and a hard disk drive (HDD).
処理部130は、実施形態に従ったアンテナ設計処理を実行する装置である。処理部130は、例えば、Central Processing Unit(CPU)である。 The processing unit 130 is a device that executes an antenna design process according to the embodiment. The processing unit 130 is, for example, a Central Processing Unit (CPU).
表示部140は、入力部110への入力を促す表示を行い、および処理部130による処理結果を表示する装置である。表示部140は、例えば、液晶ディスプレイ装置である。 The display unit 140 is a device that performs display for prompting input to the input unit 110 and displays a processing result by the processing unit 130. The display unit 140 is, for example, a liquid crystal display device.
処理部130には、アンテナ特性シミュレーション処理部131およびアンテナ特性計算処理部133が含まれる。アンテナ設計装置100が線路の損失をも加味してアンテナ設計を実行する実施形態では、処理部130には、線路特性計算処理部132がさらに含まれる。 The processing unit 130 includes an antenna characteristic simulation processing unit 131 and an antenna characteristic calculation processing unit 133. In the embodiment in which the antenna design apparatus 100 performs antenna design in consideration of line loss, the processing unit 130 further includes a line characteristic calculation processing unit 132.
アンテナ特性シミュレーション処理部131には、整合回路なしアンテナモデル作成部131a、シミュレーション実行部131b、およびシミュレーション結果判定部131cが含まれる。 The antenna characteristic simulation processing unit 131 includes an antenna model creation unit 131a without a matching circuit, a simulation execution unit 131b, and a simulation result determination unit 131c.
整合回路なしアンテナモデル作成部131aは、入力部110を介して入力された入力データに従って、整合回路を含まないアンテナモデルを作成する。 The antenna model creation unit 131a without a matching circuit creates an antenna model that does not include a matching circuit in accordance with the input data input via the input unit 110.
すなわち、アンテナ設計装置100がアンテナ素子間の相互作用および整合素子の損失を加味してアンテナ設計を実行する実施形態では、整合回路なしアンテナモデル作成部131aは、複数のアンテナ素子を含むアンテナ単体モデルを作成する。また、アンテナ設計装置100がアンテナ素子と波源との間の線路の損失をも加味してアンテナ設計を実行する実施形態では、整合回路なしアンテナモデル作成部131aは、複数のアンテナ素子を含むアンテナ単体モデル、および該アンテナに線路を接続したアンテナモデルを作成する。 That is, in the embodiment in which the antenna design apparatus 100 executes antenna design in consideration of the interaction between the antenna elements and the loss of the matching element, the antenna model creation unit 131a without a matching circuit includes a single antenna model including a plurality of antenna elements. Create In the embodiment in which the antenna design apparatus 100 executes antenna design in consideration of the loss of the line between the antenna element and the wave source, the antenna model creation unit 131a without a matching circuit includes a single antenna including a plurality of antenna elements. A model and an antenna model in which a line is connected to the antenna are created.
シミュレーション実行部131bは、整合回路なしアンテナモデル作成部131aにより作成されたアンテナモデルに対するシミュレーションを実行する。 The simulation execution unit 131b executes a simulation for the antenna model created by the antenna model creation unit 131a without a matching circuit.
シミュレーション実行部131bにより実行されるシミュレーションは、例えば、モーメント法、有限要素法、および有限差分時間領域法等を用いた電磁界シミュレーションである。 The simulation executed by the simulation execution unit 131b is an electromagnetic field simulation using, for example, a moment method, a finite element method, a finite difference time domain method, or the like.
シミュレーション実行部131bのシミュレーションによって、整合回路を含まないアンテナモデルに対するアンテナ特性が取得される。取得されるアンテナ特性には、入力部110を介した入力により設定された周波数ごとのインピーダンス、Sパラメータ、放射効率、およびトータル効率が含まれる。これらのアンテナ特性は、記憶部120のアンテナ特性ファイル121に格納される。 The antenna characteristics for the antenna model not including the matching circuit are acquired by the simulation of the simulation execution unit 131b. The acquired antenna characteristics include the impedance, S parameter, radiation efficiency, and total efficiency for each frequency set by the input via the input unit 110. These antenna characteristics are stored in the antenna characteristic file 121 of the storage unit 120.
シミュレーション結果判定部131cは、アンテナ素子間の相互作用および整合素子の損失を加味したアンテナ設計を実行する場合には、アンテナ単体モデルのアンテナ特性が所望の規格を満たすか否かを判定する。線路の損失をも加味してアンテナ設計を実行する実施形態では、シミュレーション結果判定部131cは、アンテナおよび線路を含むアンテナモデルのアンテナ特性が所望の規格を満たすか否かを判定する。 The simulation result determination unit 131c determines whether or not the antenna characteristics of the single antenna model satisfy a desired standard when performing antenna design taking into account the interaction between antenna elements and the loss of the matching element. In the embodiment in which the antenna design is performed in consideration of the loss of the line, the simulation result determination unit 131c determines whether or not the antenna characteristics of the antenna model including the antenna and the line satisfy a desired standard.
シミュレーション結果判定部131cによる判定結果は、アンテナ特性ファイル121に格納される。 The determination result by the simulation result determination unit 131 c is stored in the antenna characteristic file 121.
線路特性計算処理部132は、アンテナ素子と波源との間の線路の損失をも加味したアンテナ設計を実行するためにアンテナ設計装置100に備えられ得る。 The line characteristic calculation processing unit 132 can be provided in the antenna design apparatus 100 in order to execute antenna design that also takes into account the loss of the line between the antenna element and the wave source.
線路特性計算処理部132は、入力部110を介した入力に従い作成された線路のモデルに対する特性を計算する。 The line characteristic calculation processing unit 132 calculates the characteristic for the line model created according to the input via the input unit 110.
線路特性計算処理部132には、線路モデル作成部132aおよび線路特性計算部132bが含まれる。 The line characteristic calculation processing unit 132 includes a line model creation unit 132a and a line characteristic calculation unit 132b.
線路モデル作成部132aは、入力部110を介した入力により設定された線路のデータおよび基板のデータを取得して、線路モデルを作成する。線路のデータには、線路の長さおよび幅に関するデータが含まれる。基板のデータには、基板の比誘電率、誘電正接、厚さ、導体の高さ、および誘電率等に関するデータが含まれる。 The line model creation unit 132a obtains line data and board data set by input via the input unit 110, and creates a line model. The track data includes data related to the length and width of the track. The substrate data includes data on the relative dielectric constant, dielectric loss tangent, thickness, conductor height, dielectric constant, and the like of the substrate.
線路特性計算部132bは、線路モデル作成部132aにより作成された線路モデルについて、入力部110を介した入力により設定された周波数ごとの線路の特性インピーダンス、伝達係数(減衰定数および位相定数)を計算する。 The line characteristic calculation unit 132b calculates the characteristic impedance and transmission coefficient (attenuation constant and phase constant) of the line for each frequency set by the input through the input unit 110 for the line model created by the line model creation unit 132a. To do.
線路特性計算部132bにより計算された線路の特性インピーダンス、伝達係数(減衰定数および位相定数)に関する各データは、線路特性ファイル122に格納される。 Each data relating to the characteristic impedance and transmission coefficient (attenuation constant and phase constant) of the line calculated by the line characteristic calculation unit 132 b is stored in the line characteristic file 122.
アンテナ特性計算処理部133は、入力部110を介した入力に従い作成された、整合回路を含むアンテナモデルのアンテナ特性を実施形態に従った計算方法を用いて計算し、計算されたアンテナ特性が所望の規格を満たすか否かを判定する。 The antenna characteristic calculation processing unit 133 calculates the antenna characteristic of the antenna model including the matching circuit created according to the input through the input unit 110 using the calculation method according to the embodiment, and the calculated antenna characteristic is desired. It is determined whether or not the standard is satisfied.
以下の説明において、「整合回路を含むアンテナモデル」あるいは「整合回路付きアンテナモデル」とは、アンテナ設計装置100がアンテナ素子間の相互作用および整合素子の損失を加味してアンテナの設計を実行する実施形態では、アンテナおよび整合回路を含むモデルを指す。また、「整合回路を含むアンテナモデル」あるいは「整合回路付きアンテナモデル」とは、アンテナ設計装置100がアンテナ素子と波源との間の線路の損失をも加味してアンテナの設計を実行する実施形態では、アンテナ、線路、および整合回路を含むモデルを指す。 In the following description, “antenna model including a matching circuit” or “antenna model with a matching circuit” means that the antenna design apparatus 100 performs antenna design in consideration of the interaction between antenna elements and the loss of the matching element. In the embodiment, it refers to a model including an antenna and a matching circuit. The “antenna model including a matching circuit” or “antenna model with a matching circuit” is an embodiment in which the antenna design apparatus 100 performs antenna design in consideration of the loss of the line between the antenna element and the wave source. Refers to a model including an antenna, a line, and a matching circuit.
アンテナ特性計算処理部133による処理は、整合回路を含まないアンテナモデルのアンテナ特性が所望の規格値を満たさない場合に実行される。 The process by the antenna characteristic calculation processing unit 133 is executed when the antenna characteristic of the antenna model not including the matching circuit does not satisfy a desired standard value.
すなわち、アンテナ設計装置100がアンテナ素子間の相互作用および整合素子の損失を加味してアンテナ設計を実行する実施形態では、アンテナ特性計算処理部133による処理は、アンテナ単体モデルのアンテナ特性が所望の規格値を満たさない場合に実行される。また、アンテナ設計装置100がアンテナ素子と波源との間の線路の損失をも加味してアンテナ設計を実行する実施形態では、アンテナ特性計算処理部133による処理は、アンテナおよび線路を含むアンテナモデルのアンテナ特性が所望の規格値を満たさない場合に実行される。 That is, in the embodiment in which the antenna design apparatus 100 performs antenna design in consideration of the interaction between the antenna elements and the loss of the matching element, the process by the antenna characteristic calculation processing unit 133 is that the antenna characteristic of the single antenna model is desired. It is executed when the standard value is not satisfied. In the embodiment in which the antenna design apparatus 100 executes antenna design in consideration of the loss of the line between the antenna element and the wave source, the process by the antenna characteristic calculation processing unit 133 is performed for the antenna model including the antenna and the line. This is executed when the antenna characteristic does not satisfy a desired standard value.
実施形態によっては、シミュレーション結果判定部131cによる判定の結果、整合回路を含まないアンテナモデルの対象周波数でのトータル効率が所望の規格値未満である場合に、アンテナ特性計算処理部133による処理が実行される。 Depending on the embodiment, when the total efficiency at the target frequency of the antenna model not including the matching circuit is less than a desired standard value as a result of the determination by the simulation result determination unit 131c, the processing by the antenna characteristic calculation processing unit 133 is executed. Is done.
実施形態によっては、シミュレーション結果判定部131cによる判定結果に関係なく、アンテナ特性計算処理部133による処理が実行される。例えば、アンテナ単体の特性、整合回路を構成する各整合素子の特性、および線路の特性が任意の手段により取得されている場合、アンテナ特性計算処理部133は、取得されているこれらの特性を用いて処理を実行する。 Depending on the embodiment, the process by the antenna characteristic calculation processing unit 133 is executed regardless of the determination result by the simulation result determination unit 131c. For example, when the characteristics of a single antenna, the characteristics of each matching element constituting the matching circuit, and the characteristics of the line are acquired by any means, the antenna characteristic calculation processing unit 133 uses these acquired characteristics. To execute the process.
アンテナ特性計算処理部133には、整合回路付きアンテナモデル作成部133a、アンテナ特性計算部133b、および計算結果判定部133cが含まれる。 The antenna characteristic calculation processing unit 133 includes an antenna model creation unit 133a with a matching circuit, an antenna characteristic calculation unit 133b, and a calculation result determination unit 133c.
整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、整合回路を含むアンテナモデルを作成する。 The antenna model creation unit 133a with a matching circuit creates an antenna model including a matching circuit.
すなわち、アンテナ設計装置100がアンテナ素子間の相互作用および整合素子の損失を加味してアンテナ設計を実行する実施形態では、整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、アンテナおよび整合回路を含むアンテナモデルを作成する。また、アンテナ設計装置100がアンテナ素子と波源との間の線路の損失をも加味してアンテナ設計を実行する実施形態では、整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、アンテナ、整合回路、および線路を含むアンテナモデルを作成する。 That is, in the embodiment in which the antenna design apparatus 100 performs antenna design in consideration of the interaction between the antenna elements and the loss of the matching element, the antenna model creation unit 133a with a matching circuit selects the antenna model including the antenna and the matching circuit. create. In the embodiment in which the antenna design apparatus 100 executes antenna design in consideration of the loss of the line between the antenna element and the wave source, the antenna model creation unit 133a with a matching circuit includes the antenna, the matching circuit, and the line. Create an antenna model that includes it.
整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、アンテナ特性ファイル121に格納されたアンテナ単体のアンテナ特性をインポートする。すなわち、整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、対象となる周波数ごとのアンテナインピーダンス、Sパラメータ、および放射効率に関する各データをインポートする。 The antenna model creation unit 133a with a matching circuit imports the antenna characteristics of a single antenna stored in the antenna characteristics file 121. That is, the antenna model creation unit 133a with a matching circuit imports each data related to the antenna impedance, S parameter, and radiation efficiency for each target frequency.
実施形態によっては、整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、入力部110を介して入力された対象周波数ごとのアンテナインピーダンス、Sパラメータ、および放射効率に関する各データをインポートする。 Depending on the embodiment, the antenna model creation unit 133a with a matching circuit imports each data related to the antenna impedance, S parameter, and radiation efficiency for each target frequency input via the input unit 110.
整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、インポートされたアンテナインピーダンスに基づいて、整合回路の回路構成を算出する。実施形態によっては、整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、入力部110を介して入力された整合回路の回路構成のデータを取得する。 The matching-circuit-equipped antenna model creation unit 133a calculates the circuit configuration of the matching circuit based on the imported antenna impedance. Depending on the embodiment, the antenna model creation unit 133a with a matching circuit acquires the data of the circuit configuration of the matching circuit input via the input unit 110.
整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、算出または取得された回路構成に従って、サイズや耐圧等の使用条件に適合する、整合回路を構成する整合素子を決定する。サイズや耐圧等の使用条件のデータは、入力部110を介した入力等によって予め与えられる。 The matching-circuit-equipped antenna model creation unit 133a determines a matching element that constitutes the matching circuit that conforms to the use conditions such as size and breakdown voltage, according to the calculated or acquired circuit configuration. Data on usage conditions such as size and breakdown voltage is given in advance by input via the input unit 110 or the like.
実施形態によっては、整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、整合素子データファイル124に格納された整合素子のデータを参照することによって、整合回路を構成する整合素子を決定する。実施形態によっては、整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、入力部110を介して入力された整合素子のデータに基づいて、使用条件に適合する整合素子を決定する。 In some embodiments, the matching circuit-equipped antenna model creation unit 133a refers to matching element data stored in the matching element data file 124 to determine matching elements that constitute the matching circuit. Depending on the embodiment, the antenna model creation unit 133a with a matching circuit determines a matching element that matches the use condition based on the data of the matching element input via the input unit 110.
整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、決定された整合素子の静電容量またはインダクタンスに加えて、寄生インダクタンスまたは寄生静電容量と損失抵抗とを取得する。 The antenna model creation unit 133a with a matching circuit acquires a parasitic inductance or parasitic capacitance and a loss resistance in addition to the determined capacitance or inductance of the matching element.
寄生インダクタンスまたは寄生静電容量と損失抵抗とは、実施形態によっては、整合素子データファイル124に格納された該当する整合素子のデータを参照することによって取得される。また、実施形態によっては、入力110を介して入力されることによって、整合素子の寄生インダクタンスまたは寄生静電容量と損失抵抗とが取得される。 In some embodiments, the parasitic inductance or the parasitic capacitance and the loss resistance are obtained by referring to data of the corresponding matching element stored in the matching element data file 124. In some embodiments, the parasitic inductance or parasitic capacitance of the matching element and the loss resistance are obtained by being input via the input 110.
このように、実施形態では、整合素子の寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含む整合回路付きのアンテナモデルが整合回路付きアンテナモデル作成部133aによって作成される。また、作成された整合回路を構成する整合素子の寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含む各値は、整合素子データファイル124から取得され、または入力部110を介した入力により指定される。 Thus, in the embodiment, an antenna model with a matching circuit including the parasitic reactance and loss resistance of the matching element is created by the antenna model creation unit 133a with matching circuit. Each value including the parasitic reactance and the loss resistance of the matching element constituting the created matching circuit is acquired from the matching element data file 124 or designated by an input via the input unit 110.
したがって、実施形態に従えば、整合回路を構成する各整合素子の静電容量またはインダクタンスに加えて、寄生リアクタンスおよび損失抵抗の各モデルを個別に作成したり、それらの値を個別に設定したりする必要がない。このため、整合素子の寄生リアクタンスおよび損失抵抗を加味した整合回路付きアンテナモデルを迅速かつ効率的に作成することができる。 Therefore, according to the embodiment, in addition to the capacitance or inductance of each matching element constituting the matching circuit, each model of parasitic reactance and loss resistance is individually created, or the values are individually set. There is no need to do. Therefore, an antenna model with a matching circuit that takes into account the parasitic reactance and loss resistance of the matching element can be created quickly and efficiently.
アンテナ設計装置100がアンテナ素子と波源との間の線路の損失をも加味してアンテナ設計を実行する実施形態では、整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、線路特性ファイル122に格納された線路の特性をインポートする。すなわち、整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、対象となる周波数ごとの線路の特性インピーダンス、伝達係数(減衰定数および位相定数)に関する各データをインポートする。また、実施形態によっては、整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、入力部110を介して入力された対象となる周波数ごとの線路の特性インピーダンス、伝達係数(減衰定数および位相定数)に関する各データをインポートする。整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、インポートされた特性を有する線路を含む整合回路付きアンテナモデルを作成する。 In an embodiment in which the antenna design apparatus 100 executes antenna design in consideration of the loss of the line between the antenna element and the wave source, the antenna model creation unit 133a with a matching circuit includes the line stored in the line characteristic file 122. Import characteristics. In other words, the antenna model creation unit 133a with a matching circuit imports each data related to the characteristic impedance and transmission coefficient (attenuation constant and phase constant) of the line for each target frequency. Further, in some embodiments, the antenna model creation unit 133a with a matching circuit receives each data related to the characteristic impedance and transmission coefficient (attenuation constant and phase constant) of the line for each target frequency input via the input unit 110. Import. The antenna model creation unit with matching circuit 133a creates an antenna model with matching circuit including a line having the imported characteristics.
アンテナ特性計算部133bは、整合回路付きアンテナモデル作成部133aにより作成された整合回路付きアンテナモデルのアンテナ特性を、実施形態の計算方法に従って計算する。 The antenna characteristic calculation unit 133b calculates the antenna characteristic of the antenna model with a matching circuit created by the antenna model creation unit 133a with a matching circuit according to the calculation method of the embodiment.
すなわち、実施形態によっては、アンテナ特性計算部133bは、整合素子の損失およびアンテナ素子間の相互作用が加味された整合回路付きアンテナモデルのアンテナ特性をシミュレーションによらない解析的手法により計算する。また、実施形態によっては、アンテナ特性計算部133bは、整合素子の損失、およびアンテナ素子間の相互作用に加えて、線路の損失が加味された整合回路付きアンテナモデルのアンテナ特性をシミュレーションによらない解析的手法により計算する。 That is, depending on the embodiment, the antenna characteristic calculation unit 133b calculates the antenna characteristic of the antenna model with a matching circuit in consideration of the loss of the matching element and the interaction between the antenna elements by an analytical method that does not use simulation. Further, depending on the embodiment, the antenna characteristic calculation unit 133b does not depend on the simulation of the antenna characteristic of the antenna model with the matching circuit in which the loss of the matching element and the interaction between the antenna elements are considered in addition to the loss of the line. Calculate by analytical methods.
アンテナ特性計算部133bにより計算されるアンテナ特性には、Sパラメータ、放射効率、およびトータル効率が含まれる。 The antenna characteristics calculated by the antenna characteristic calculator 133b include S parameters, radiation efficiency, and total efficiency.
また、アンテナ特性計算部133bは、整合回路付きアンテナモデルに含まれる整合素子および線路の消費電力を計算し得る。 Further, the antenna characteristic calculation unit 133b can calculate the power consumption of the matching element and the line included in the antenna model with a matching circuit.
実施形態に従ったアンテナ特性の計算方法の一例として、整合素子の損失、線路の損失、およびアンテナ素子間の相互作用を加味して、アンテナ特性計算部133bが整合回路付きアンテナモデルのアンテナ特性を計算する方法を以下に説明する。 As an example of the antenna characteristic calculation method according to the embodiment, the antenna characteristic calculation unit 133b determines the antenna characteristic of the antenna model with a matching circuit, taking into account the loss of the matching element, the loss of the line, and the interaction between the antenna elements. The calculation method will be described below.
図2は、例示的な整合回路付きアンテナモデルの概略的構成図である。
図2に示すように、整合回路付きアンテナモデル200は、アンテナ210を含む。アンテナ210は、第1のアンテナ素子211および第2のアンテナ素子212を含む。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an exemplary antenna model with a matching circuit.
As shown in FIG. 2, the antenna model 200 with a matching circuit includes an antenna 210. The antenna 210 includes a first antenna element 211 and a second antenna element 212.
第1のアンテナ素子211は、第1のアンテナ素子側線路241−1と接続され、第1のアンテナ素子側線路241−1を介して第1の整合回路231と接続される。また、第1のアンテナ素子211は、第1のアンテナ素子側線路241−1および第1の整合回路231を介して、第1の波源側線路241−2と接続される。そして、第1のアンテナ素子211は、第1のアンテナ素子側線路241−1、第1の整合回路231、および第1の波源側線路241−2を介して、接地導体220と接続され得る。第1の波源側線路241−2と接地導体220との間には、送受信モジュール等の波源(図示せず)が接続され得る。 The first antenna element 211 is connected to the first antenna element side line 241-1 and is connected to the first matching circuit 231 via the first antenna element side line 241-1. The first antenna element 211 is connected to the first wave source side line 241-2 via the first antenna element side line 241-1 and the first matching circuit 231. The first antenna element 211 can be connected to the ground conductor 220 via the first antenna element side line 241-1, the first matching circuit 231, and the first wave source side line 241-2. A wave source (not shown) such as a transmission / reception module may be connected between the first wave source side line 241-2 and the ground conductor 220.
第2のアンテナ素子212は、第2のアンテナ素子側線路242−1と接続され、第2のアンテナ素子側線路242−1を介して第2の整合回路232と接続される。また、第2のアンテナ素子212は、第2のアンテナ素子側線路242−1および第2の整合回路232を介して、第2の波源側線路242−2と接続される。そして、第2のアンテナ素子212は、第2のアンテナ素子側線路242−1、第2の整合回路232、および第2の波源側線路242−2を介して接地導体220と接続され得る。第2の波源側線路242−2と接地導体220との間には、波源が接続され得る。 The second antenna element 212 is connected to the second antenna element side line 242-1 and is connected to the second matching circuit 232 via the second antenna element side line 242-1. The second antenna element 212 is connected to the second wave source side line 242-2 via the second antenna element side line 242-1 and the second matching circuit 232. The second antenna element 212 can be connected to the ground conductor 220 via the second antenna element side line 242-1, the second matching circuit 232, and the second wave source side line 242-2. A wave source may be connected between the second wave source side line 242-2 and the ground conductor 220.
図2に示すように、第1のアンテナ素子211の信号の入出力ポートを第1のポート(ポート1)と定義し、第2のアンテナ素子212の信号の入出力ポートを第2のポート(ポート2)と定義する。 As shown in FIG. 2, the signal input / output port of the first antenna element 211 is defined as a first port (port 1), and the signal input / output port of the second antenna element 212 is defined as a second port ( It is defined as port 2).
図3は、図2に示した整合回路付きアンテナモデルの等価回路図である。図3には、第1のポートから第1のアンテナ素子211に給電し、第2のアンテナ素子212の給電電圧を0Vとしたケースの等価回路が一例として示されている。 FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the antenna model with a matching circuit shown in FIG. FIG. 3 shows, as an example, an equivalent circuit in the case where power is supplied from the first port to the first antenna element 211 and the power supply voltage of the second antenna element 212 is 0V.
図3に示すように、整合回路付きアンテナモデルの等価回路300には、アンテナ310、第1の回路320−1、第2の回路320−2、および波源330が含まれる。 As shown in FIG. 3, the equivalent circuit 300 of the antenna model with a matching circuit includes an antenna 310, a first circuit 320-1, a second circuit 320-2, and a wave source 330.
アンテナ310は、第1のアンテナ素子211および第2のアンテナ素子212を含むアンテナ210の等価回路である。 The antenna 310 is an equivalent circuit of the antenna 210 including the first antenna element 211 and the second antenna element 212.
第1の回路320−1は、第1のアンテナ素子側線路241−1、第1の整合回路231、および第1の波源側線路241−2の等価回路である。第2の回路320−2は、第2のアンテナ素子側線路242−1、第2の整合回路232、および第2の波源側線路242−2の等価回路である。 The first circuit 320-1 is an equivalent circuit of the first antenna element side line 241-1, the first matching circuit 231, and the first wave source side line 241-2. The second circuit 320-2 is an equivalent circuit of the second antenna element side line 242-1, the second matching circuit 232, and the second wave source side line 242-2.
図4は、図3に示した第1および第2の回路の等価回路図である。図4に示した第1および第2の回路320−i(iは、1または2)は、整合回路321−i、第1の線路322−i、および第2の線路323−iを含む。整合回路321−iは、第1の整合回路231および第2の整合回路232にそれぞれ対応する。第1の線路322−iは、第1のアンテナ素子側線路241−1および第2のアンテナ素子側線路242−1にそれぞれ対応する。第2の線路323−iは、第1の波源側線路241−2および第2の波源側線路242−2にそれぞれ対応する。 FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the first and second circuits shown in FIG. The first and second circuits 320-i (i is 1 or 2) shown in FIG. 4 include a matching circuit 321-i, a first line 322-i, and a second line 323-i. The matching circuit 321-i corresponds to the first matching circuit 231 and the second matching circuit 232, respectively. The first line 322-i corresponds to the first antenna element side line 241-1 and the second antenna element side line 242-1, respectively. The second line 323-i corresponds to the first wave source side line 241-2 and the second wave source side line 242-2, respectively.
図3に示されるZ01は、第1のポートの基準インピーダンスであり、Z02は、第2のポートの基準インピーダンスである。第1のポートの基準インピーダンスZ01および第2のポートのZ02は、例えば、基準インピーダンスZ0と等しく、50オーム(Ω)であり得る(Z01=Z02=Z0=50Ω)。図3に示した一例では、波源240の内部インピーダンスは、基準インピーダンスZ01と一致する。 Z 01 shown in FIG. 3 is the reference impedance of the first port, and Z 02 is the reference impedance of the second port. The reference impedance Z 01 of the first port and the Z 02 of the second port are, for example, equal to the reference impedance Z 0 and can be 50 ohms (Ω) (Z 01 = Z 02 = Z 0 = 50Ω). In the example illustrated in FIG. 3, the internal impedance of the wave source 240 matches the reference impedance Z 01 .
まず、実施形態に従った整合回路付きアンテナモデルのSパラメータの計算方法を説明する。
図3において、Faは、アンテナ310単体のFパラメータ(Fundamental parameter)を指す。Fml1は、第1の回路320−1のFパラメータを指し、Fml2は、第2の回路320−2のFパラメータを指す。
First, a method for calculating the S parameter of the antenna model with a matching circuit according to the embodiment will be described.
In FIG. 3, F a indicates an F parameter (Fundamental parameter) of the antenna 310 alone. F ml1 refers to F parameter of the first circuit 320-1, F ml2 refers to F parameters of the second circuit 320 - 2.
アンテナ310単体のFパラメータFaは、アンテナ310単体のSパラメータSaから算出できる。アンテナ310単体のSパラメータSaは、以下の式(2)のように定義される。
アンテナ310単体のSパラメータSaの要素の内、Sa21は、第1のポートから第2のポートへの伝達係数である。第1のポートから第2のポートへの伝達係数Sa21は、第1のアンテナ素子211と第2のアンテナ素子212との間のアイソレーション特性に含まれる。 Of the elements of the S parameter S a of the antenna 310 alone, S a21 is a transfer coefficient from the first port to the second port. The transfer coefficient S a21 from the first port to the second port is included in the isolation characteristic between the first antenna element 211 and the second antenna element 212.
アンテナ310単体のFパラメータFaは、式(2)を用いて以下の式(3)から計算できる。
前述したように、実施形態では、アンテナ310単体のSパラメータSaは、既知の値である。すなわち、実施形態によっては、アンテナ310単体のSパラメータSaは、実施形態によっては、シミュレーション実行部131bのシミュレーションにより取得されてアンテナ特性ファイル121に格納されている。実施形態によっては、アンテナ310単体のSパラメータSaは、入力部110による入力により取得される。また、Z0の値(Z01およびZ02の値)は、入力部110を介した入力により設定される。したがって、アンテナ310単体のFパラメータFaは、既知の値であるアンテナ310単体のSパラメータSaを式(3)に代入することにより計算できる。 As described above, in the embodiment, S parameter S a unitary antenna 310 is a known value. That is, in some embodiments, antenna 310 single S-parameter S a is, in some embodiments, is obtained by simulation of the simulation execution portion 131b is stored in the antenna characteristic file 121. In some embodiments, S parameter S a unitary antenna 310 is acquired by the input by the input unit 110. Further, the value of Z 0 (the values of Z 01 and Z 02 ) is set by input via the input unit 110. Accordingly, the F parameter F a of the antenna 310 alone can be calculated by substituting the known S parameter S a of the antenna 310 into Equation (3).
図4において、Fmliは、図3に示した第1の回路320−1のFパラメータFml1および第2の回路320−2のFパラメータFml2にそれぞれ対応する。Fmiは、第1および第2の整合回路321−iのFパラメータを指す。Fli1は、第1の線路322−iのFパラメータを指し、Fli2は、第2の線路323−iのFパラメータを指す。 In FIG. 4, F mli corresponds to the F parameter F ml1 of the first circuit 320-1 and the F parameter F ml2 of the second circuit 320-2 shown in FIG. F mi indicates the F parameter of the first and second matching circuits 321-i. F li1 indicates the F parameter of the first line 322-i, and F li2 indicates the F parameter of the second line 323-i.
図5は、第1の線路および第2の線路の例示的な等価回路図である。第1の線路322−iおよび第2の線路323−iを分布定数線路とみなし、第1の線路322−iおよび第2の線路323−iの線路の長さをxとすると、図5に示したような伝送線路の等価回路400で表現することができる。図5に示したように、伝送線路の等価回路400は、直列に接続されたインダクタLdx、並列に接続されたキャパシタCdx、直列の損失である抵抗Rdx、および並列の損失であるコンダクタンスGdxを含む。 FIG. 5 is an exemplary equivalent circuit diagram of the first line and the second line. When the first line 322-i and the second line 323-i are regarded as distributed constant lines, and the lengths of the first line 322-i and the second line 323-i are x, FIG. It can be expressed by an equivalent circuit 400 of a transmission line as shown. As shown in FIG. 5, the transmission line equivalent circuit 400 includes an inductor L dx connected in series, a capacitor C dx connected in parallel, a resistance R dx as a series loss, and a conductance as a parallel loss. Includes G dx .
図5に示した伝送線路の等価回路400の特性は、電信方程式を解くことにより与えられる。説明を明確にするために、無損失で定常状態であるケースの伝送線路を一例として説明する。図5に示したように、始端の電流および電圧をそれぞれIx1およびVx1とし、終端の電流および電圧をそれぞれIx2およびVx2とすると、以下の式(4)が成り立つ。
式(4)中のFxは、長さxの伝送線路のFパラメータである。また、Z0は、特性インピーダンスであり、Y0は、アドミタンスであり、1/Z0である。γは、伝達係数であり、伝送線路の位相定数をβとすると、次の式(5)で表される。
前述したように、実施形態では、第1の線路322−iの線路長li1、特性インピーダンスZil1、減衰定数αi1、および位相定数βi1は、既知の値である。また、および第2の線路323−iの線路長li2、特性インピーダンスZil2、減衰定数αi2、および位相定数βi2は、既知の値である。すなわち、線路長li1およびli2は、入力部110の入力によりそれぞれ取得される。また、特性インピーダンスZil1およびZil2、減衰定数αi1およびαi2、ならびに位相定数βi1およびβi2は、実施形態によっては、線路特性計算部132bの計算により取得され線路特性ファイル122に格納されており、実施形態によっては、入力部110を介した入力により取得される。 As described above, in the embodiment, the line length l i1 , characteristic impedance Z il1 , attenuation constant α i1 , and phase constant β i1 of the first line 322-i are known values. The line length l i2 , characteristic impedance Z il2 , attenuation constant α i2 , and phase constant β i2 of the second line 323-i are known values. That is, the line lengths l i1 and l i2 are acquired by the input of the input unit 110, respectively. Further, the characteristic impedances Z il1 and Z il2 , the attenuation constants α i1 and α i2 , and the phase constants β i1 and β i2 are obtained by calculation of the line characteristic calculation unit 132b and stored in the line characteristic file 122 in some embodiments. In some embodiments, it is acquired by input via the input unit 110.
したがって、第1の線路322−iのFパラメータFli1および第2の線路323−iのFパラメータFli2は、例えば、上述の式(5)を用いてそれぞれ計算できる。 Therefore, F parameter F li2 the F parameter F li1 and second line 323-i of the first line 322-i, for example, can be calculated respectively using the above equation (5).
図6は、第1および第2の整合回路の例図である。
例えば、第1および第2の整合回路321−iが図6に示す3つの整合素子321a、321b、および321cを含み、それらの整合素子がパイ(π)型に接続されると仮定する。3つの整合素子321a、321b、および321cのアドミタンスをYmi1、Ymi2、およびYmi3とそれぞれ定義すると、第1および第2の整合回路321−iのFパラメータFmiは、以下の式(6)によりそれぞれ計算できる。
For example, assume that the first and second matching circuits 321-i include three matching elements 321 a, 321 b, and 321 c shown in FIG. 6, and these matching elements are connected in a pi (π) type. Three matching elements 321a, 321b, and 321c admittance of Y mi1, Y mi2, and respectively when defined as Y mi3, F parameter F mi of the first and second matching circuits 321-i, the following equation (6 ) Respectively.
前述したように、実施形態では、3つの整合素子321a、321b、および321cのそれぞれのインピーダンスZmijを構成する損失抵抗RmijおよびリアクタンスXmijは、既知の値である(図6に示した一例では、jは、1〜3の整数)。すなわち、これらの値は、実施形態によっては、整合素子データファイル124に格納された整合素子のデータを参照することによって取得される。また、実施形態によっては、これらの値は、入力部110を介した入力によって取得される。そして、3つの整合素子321a、321b、および321cのそれぞれのインピーダンスZmijは、既知の値である損失抵抗RmijおよびリアクタンスXmijを用いて以下の式(7)によりそれぞれ計算できる。
また、第1および第2の整合回路321−iに含まれる各整合素子のアドミタンスYmijは、式(7)により計算されたインピーダンスZmijの値の逆数を計算することにより取得できる。 Further, the admittance Y mij of each matching element included in the first and second matching circuits 321-i can be obtained by calculating the reciprocal of the value of the impedance Z mij calculated by the equation (7).
したがって、第1および第2の整合回路321−iのFパラメータFmiは、式(6)によりそれぞれ計算できる。 Accordingly, the F parameter F mi of the first and second matching circuits 321-i can be calculated by the equation (6), respectively.
なお、図6に示した第1および第2の整合回路321−iは、例示であり、第1および第2の整合回路321−iに含まれる整合素子の数が3つに限定されることを意味しない。また、図6に示したようなパイ型に整合素子が接続された整合回路に第1および第2の整合回路321−iが限定されることを意味しない。第1の整合回路321−1の回路構成と第2の整合回路321−2の回路構成とが異なってもよい。 Note that the first and second matching circuits 321-i shown in FIG. 6 are examples, and the number of matching elements included in the first and second matching circuits 321-i is limited to three. Does not mean. Further, it does not mean that the first and second matching circuits 321-i are limited to a matching circuit in which matching elements are connected in a pie shape as shown in FIG. 6. The circuit configuration of the first matching circuit 321-1 may be different from the circuit configuration of the second matching circuit 321-2.
また、実施形態によっては、アンテナ特性計算部133bは、上述のような第1および第2の整合回路321−iのFパラメータFmiの計算処理に加えて、次のような計算処理を実行することも可能である。すなわち、アンテナ特性計算部133bは、整合素子のインピーダンスに加えて、ビアのインピーダンスを加味して第1および第2の整合回路321−iのFパラメータFmiを計算する。 Depending on the embodiment, the antenna characteristic calculation unit 133b executes the following calculation process in addition to the calculation process of the F parameter F mi of the first and second matching circuits 321-i as described above. It is also possible. That is, the antenna characteristic calculation unit 133b calculates the F parameter F mi of the first and second matching circuits 321-i in consideration of the impedance of the via in addition to the impedance of the matching element.
例えば、図6に示される整合素子321aおよび整合素子321bのようにアンテナ310に対して並列に実装される整合素子は、接地ビアを介して接地導体と接続される。これらの整合素子と接続されるそれぞれの接地ビアのインピーダンスが無視できない場合、アンテナ特性計算部133bは、これらのビアのインピーダンスを加味して、整合回路付きアンテナモデル200のアンテナ特性を計算する。すなわち、アンテナ特性計算部133bは、ビアのインダクタンスおよび/または抵抗を加味して整合回路付きアンテナモデル200のアンテナ特性を計算する。 For example, matching elements mounted in parallel to the antenna 310, such as the matching element 321a and the matching element 321b shown in FIG. 6, are connected to the ground conductor via the ground via. When the impedances of the ground vias connected to these matching elements cannot be ignored, the antenna characteristic calculation unit 133b calculates the antenna characteristics of the antenna model 200 with a matching circuit in consideration of the impedances of these vias. That is, the antenna characteristic calculation unit 133b calculates the antenna characteristic of the antenna model 200 with a matching circuit in consideration of the via inductance and / or resistance.
例えば、接地ビアが円筒状の形状である場合、アンテナ特性計算部133bは、接地ビアのインダクタンスLvを次の式(8)により計算する。
式(8)において、μ0は、真空の透磁率である。hは、ビア長である。rは、ビアの半径であり、ビア径をDとすると、r=D/2である。 In Equation (8), μ 0 is the vacuum permeability. h is the length of the via. r is the radius of the via. When the via diameter is D, r = D / 2.
例えば、整合素子がアンテナ310に対して並列に実装される回路構成を整合回路付きアンテナモデル作成部133aが算出または取得する場合、表示部140は、ビア長hおよびビア径Dの各値の入力を促す表示をする。そして、ビア長hおよびビア径Dの各値は、入力部110を介して入力される。アンテナ特性計算部133bは、入力されたビア長hおよびビア径Dの各値を用いてビアのインダクタンスLvを計算する。 For example, when the antenna model creation unit 133a with a matching circuit calculates or acquires a circuit configuration in which the matching element is mounted in parallel with the antenna 310, the display unit 140 inputs each value of the via length h and the via diameter D. A display prompting Each value of the via length h and the via diameter D is input via the input unit 110. Antenna characteristic calculation section 133b calculates the inductance L v of the via using each value of the input via length h and the via diameter D.
また、例えば、接地ビアが円筒状の形状である場合、アンテナ特性計算部133bは、接地ビアの抵抗Rvを次の式(9)により計算する。
式(9)において、fは、信号周波数であり、Rv0は、ビアの直流抵抗である。また、式(9)中のfδは、次の式(10)によって表される。
式(10)において、ρは、導体の抵抗率である。tは、ビア内のメタライゼーションの厚さであり、前述のビア径Dをビアの外径とし、ビアの内径をD´とすると、t=D−D´である。 In equation (10), ρ is the resistivity of the conductor. t is the thickness of the metallization in the via. When the via diameter D is the outer diameter of the via and the inner diameter of the via is D ′, t = DD ′.
例えば、整合素子がアンテナ210に対して並列に実装される回路構成を整合回路付きアンテナモデル作成部133aが算出または取得する場合、表示部140は、ビアの外径D、ビアの内径D´、抵抗率ρ、および直流抵抗Rv0の各値の入力を促す表示をする。そして、ビアの外径D、ビアの内径D´、抵抗率ρ、および直流抵抗Rv0の各値は、入力部110を介して入力される。アンテナ特性計算部133bは、入力されたビアの外径D、ビアの内径D´、抵抗率ρ、および直流抵抗Rv0の各値を用いてビアの抵抗Rvを計算する。 For example, when the antenna model creation unit with matching circuit 133a calculates or acquires a circuit configuration in which the matching element is mounted in parallel with the antenna 210, the display unit 140 displays the via outer diameter D, the via inner diameter D ′, A display prompting input of each value of resistivity ρ and DC resistance R v0 is displayed. The values of the outer diameter D of the via, the inner diameter D ′ of the via, the resistivity ρ, and the direct current resistance R v0 are input via the input unit 110. Antenna characteristic calculation unit 133b, the outer diameter D of the input via, the inner diameter of the via D', resistivity [rho, and calculates a resistance R v of the via using the values of DC resistance R v0.
アンテナ特性計算部133bは、計算されたビアのインダクタンスLvをそのビアと接続する整合素子のリアクタンスをXmijに加算する。また、アンテナ特性計算部133bは、計算されたビアの抵抗Rvをそのビアと接続する整合素子の損失抵抗をRmijに加算する。ビアのインダクタンスLvおよび/またはビアの抵抗Rvが加算された後に実行される第1および第2の整合回路321−iのFパラメータFmiの計算方法は、前述と同様である。 The antenna characteristic calculator 133b adds the reactance of the matching element that connects the calculated via inductance Lv to the via to X mij . The antenna characteristic calculation unit 133b adds a loss resistance of the matching element to be connected to the via resistance R v of the calculated via the R mij. The calculation method of the F parameter F mi of the first and second matching circuits 321-i executed after the addition of the via inductance L v and / or the via resistance R v is the same as described above.
図3に示した第1および第2の回路320−iのFパラメータFmliは、算出された第1および第2の整合回路321−iのFパラメータFmi、第1の線路322−iのFパラメータFli1、および第2の線路323−iのFパラメータFli2を用いて以下の式(11)によりそれぞれ計算できる。
また、整合回路付きアンテナモデルの等価回路300の合成FパラメータFmlaは、算出されたアンテナ310単体のFパラメータFa、第1の回路320−1のFパラメータFml1、および第2の回路320−2のFパラメータFml2を用いて以下の式(12)により計算できる。
整合回路付きアンテナモデルの等価回路300のSパラメータSmlaは、算出された合成FパラメータFmlaを用いて以下の式(13)により算出できる。
式(13)中のS21は、整合回路付きアンテナモデル200における第1のポートから第2のポートへの伝達係数である。第1のポートから第2のポートへの伝達係数S21は、第1のアンテナ素子211と第2のアンテナ素子212との間のアイソレーション特性に含まれる。 S 21 in the equation (13) is a transfer coefficient from the first port to the second port in the antenna model 200 with a matching circuit. The transfer coefficient S 21 from the first port to the second port is included in the isolation characteristic between the first antenna element 211 and the second antenna element 212.
式(13)により算出されるSパラメータSmlaは、図3に示すように、第1のポートから第1のアンテナ素子211に給電し、第2のアンテナ素子212の給電電圧を0VとしたケースのSパラメータである。 As shown in FIG. 3, the S parameter S mla calculated by the equation (13) is fed from the first port to the first antenna element 211 and the feeding voltage of the second antenna element 212 is 0V. S parameter.
これに対して、第2のポートから第2のアンテナ素子212に給電し、第1のアンテナ素子211の給電電圧を0VとしたケースのSパラメータは、FパラメータFmlaの逆行列Fmla -1を算出し、算出されたFmli -1を用いて式(13)により算出することにより取得できる。 On the other hand, the S parameter in the case where power is supplied from the second port to the second antenna element 212 and the power supply voltage of the first antenna element 211 is 0 V is the inverse matrix F mla −1 of the F parameter F mla. And can be obtained by calculating according to equation (13) using the calculated F mli −1 .
また、前述したように、式(13)のZ0は、基準インピーダンスであり、例えば、50Ωである。すなわち、式(13)により算出されるSパラメータSmlaは、Z01およびZ02の値が共にZ0である(Z01=Z02=Z0)ケースのSパラメータである。 Further, as described above, Z 0 in equation (13) is a reference impedance, for example, 50Ω. That is, the S parameter S mla calculated by the equation (13) is an S parameter in the case where the values of Z 01 and Z 02 are both Z 0 (Z 01 = Z 02 = Z 0 ).
これに対して、図3の第2のポートのようにアンテナ素子に給電されていないポートの基準インピーダンスの値がZ0とは異なる値のZ0´に設定されたケースのSパラメータSmla´は、以下の式(14)に示されるSパラメータの変換式により算出できる。すなわち、Z01およびZ02の値が共にZ0に設定されたケースのSパラメータSmlaを用いて、Z01またはZ02の値がZ0´であるケースのSパラメータSmla´の値を算出できる。
式(14)中のIは、単位行列を表し、W-1は、Wの逆行列を表す。また、WおよびΓは、以下の式(15)および(16)でそれぞれ表される対角行列である。
式(15)および式(16)中のZ01´は、変更後の第1のポートの基準インピーダンス、すなわち、基準インピーダンスZ0とは異なる値に変更され得る第1のポートの基準インピーダンスである。Z02´は、変更後の第2のポートの基準インピーダンスである。例えば、図3に示した整合回路付きアンテナモデルの等価回路300では、第2のポートの基準インピーダンスのZ02をZ01´に設定し得る。そこで、図3に示した整合回路付きアンテナモデルの等価回路300では、変更後の第1のポートの基準インピーダンスZ01´は、Z0であり、変更後の第2のポートの基準インピーダンスZ02´は、Z0´である。 Z 01 ′ in the equations (15) and (16) is the changed reference impedance of the first port, that is, the reference impedance of the first port that can be changed to a value different from the reference impedance Z 0. . Z 02 ′ is the reference impedance of the second port after the change. For example, in the equivalent circuit 300 of the antenna model with a matching circuit shown in FIG. 3, the reference impedance Z 02 of the second port can be set to Z 01 ′. Therefore, in the equivalent circuit 300 of the antenna model with a matching circuit shown in FIG. 3, the changed reference impedance Z 01 ′ of the first port is Z 0 , and the changed reference impedance Z 02 of the second port. 'Is Z 0 '.
ただし、アンテナ素子に給電されていないポートが短絡された場合、すなわちZ01´またはZ02´の値が0である場合には、Wの逆行列であるW-1は存在しない。また、アンテナ素子に給電されていないポートが開放された場合、すなわちZ01´またはZ02´の値が無限大(∞)である場合には、W-1は存在しない。そこで、Z01またはZ02の値が0または無限大である場合には、式(14)の代わりに、以下のように計算する。 However, when a port not fed to the antenna element is short-circuited, that is, when the value of Z 01 ′ or Z 02 ′ is 0, W −1 that is an inverse matrix of W does not exist. Further, when a port that is not supplied with power to the antenna element is opened, that is, when the value of Z 01 ′ or Z 02 ′ is infinite (∞), W −1 does not exist. Therefore, when the value of Z 01 or Z 02 is 0 or infinity, the following calculation is performed instead of the equation (14).
まず、図3のように、第1のポートから第1のアンテナ素子211に給電し、第2のアンテナ素子212の給電電圧を0Vとしたケースでは、Z02の値が0の場合の入力インピーダンスZ´in_mlaは、以下の式(17)により算出される。また、Z02の値が無限大の場合の入力インピーダンスZ´in_mlaは、以下の式(18)により算出される。
式(17)および式(18)中のAmla、Bmla、Cmla、およびDmlaは、式(12)で示されるように、FパラメータFmlaの要素であり、計算可能な値である。 A mla , B mla , C mla , and D mla in the equations (17) and (18) are elements of the F parameter F mla and can be calculated as shown in the equation (12). .
そこで、第1のポートから第1のアンテナ素子211に給電し、第2のアンテナ素子212の給電電圧を0VとしたケースでのSパラメータS´in_mlaは、式(17)または式(18)により算出された入力インピーダンスZ´in_mlaを用いて以下の式(19)により算出できる。
また、第2のポートから第2のアンテナ素子212に給電し、第1のアンテナ素子211の給電電圧を0Vとしたケースでは、Z01の値が0の場合の入力インピーダンスZ´in_maは、以下の式(20)により算出される。また、Z01の値が無限大の場合の入力インピーダンスZ´in_maは、以下の式(21)により算出される。
式(20)および式(21)中のA´mla、B´mla、C´mla、およびD´mlaは、以下の式(22)に示されるように、FパラメータFmlaの逆行列Fmla -1の要素であり、計算可能な値である。
そこで、第2のポートから第2のアンテナ素子212に給電し、第1のアンテナ素子211の給電電圧を0VとしたケースでのSパラメータS´in_mlaは、式(20)または式(21)により算出された入力インピーダンスZ´in_maを用いて前述の式(19)により算出できる。 Therefore, the S parameter S ′ in_mla in the case where power is supplied from the second port to the second antenna element 212 and the power supply voltage of the first antenna element 211 is 0 V is given by Equation (20) or Equation (21). Using the calculated input impedance Z ′ in — ma , it can be calculated by the above-described equation (19).
以上のように、アンテナ特性計算部133bは、寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含む整合素子の損失、および線路の損失、およびアンテナ素子間の相互作用が考慮された整合回路付きアンテナモデルのSパラメータをシミュレーションによらずに取得する。すなわち、実施形態では、アンテナ特性計算部133bは、整合回路付きアンテナモデルのSパラメータを、複数のアンテナ素子を含むアンテナ単体の特性、整合回路を構成する各整合素子の特性、および線路の特性を用いて解析的手法により計算する。 As described above, the antenna characteristic calculation unit 133b simulates the S parameter of the antenna model with the matching circuit in consideration of the loss of the matching element including the parasitic reactance and the loss resistance, the loss of the line, and the interaction between the antenna elements. Get without depending on. That is, in the embodiment, the antenna characteristic calculation unit 133b calculates the S parameter of the antenna model with a matching circuit, the characteristics of an antenna including a plurality of antenna elements, the characteristics of each matching element constituting the matching circuit, and the characteristics of the line. Use to calculate by analytical method.
したがって、実施形態に従えば、整合素子の損失、および線路の損失、およびアンテナ素子間の相互作用が考慮された整合回路付きアンテナモデルのアンテナ特性を短時間で取得することができ、所望のアンテナ設計を効率的に行なうことができる。 Therefore, according to the embodiment, the antenna characteristics of the antenna model with a matching circuit that takes into account the loss of the matching element, the loss of the line, and the interaction between the antenna elements can be acquired in a short time, and the desired antenna can be obtained. Design can be performed efficiently.
次に、実施形態に従った整合回路付きアンテナモデルの放射効率の計算方法を説明する。
図3に示したPnml1は、波源330から送り出され、第1の回路320−1に入力する正味の電力である。
Next, a method for calculating the radiation efficiency of the antenna model with a matching circuit according to the embodiment will be described.
P nml1 shown in FIG. 3 is the net electric power sent from the wave source 330 and inputted to the first circuit 320-1.
Pnaは、アンテナ310に入力する正味の電力であり、第1の回路における不整合による損失をPLossml1とすると、関係式Pna=Pnml1−PLossml1で表される。 P na is the net electric power input to the antenna 310, and is represented by the relation P na = P nml1 −P Lossml1, where P Lossml1 is a loss due to mismatch in the first circuit.
Pradは、放射電力であり、誘電損および導体損等のアンテナ210に含まれる損失によって失われる電力をPLossaとすると、関係式Prad=Pna−PLossaで表される。 P rad is radiated power, and is represented by the relation P rad = P na −P Lossa, where P Lossa is the power lost due to the loss included in the antenna 210 such as dielectric loss and conductor loss.
Pnml2は、第2の回路320−1に入力する正味の電力であり、関係式Pnml2=Pna−(PLossmla+Prad)で表される。 P Nml2 is the net power to be input to the second circuit 320-1, equation P nml2 = P na - represented by (P Lossmla + P rad).
PLoad2は、第2のポートへ出力される電力であり、第2の回路における不整合による損失をPLossml2とすると、関係式PLoad2=Pnml2−PLossml2で表される。 P Load2 is the power output to the second port, and is represented by the relation P Load2 = P nml2 −P Lossml2 where P Lossml2 is a loss due to mismatch in the second circuit.
図3に示したI1は、波源330より後の回路に流れる電流であり、第1の回路320−1、アンテナ310、第2の回路320−2、および第2のポート側の負荷に流れる電流である。V1は、波源330より後の回路に印加される電圧であり、第1の回路320−1、アンテナ310、第2の回路320−2、および第2のポート側の負荷に印加される電圧である。 I 1 shown in FIG. 3 is a current flowing in a circuit after the wave source 330, and flows in the first circuit 320-1, the antenna 310, the second circuit 320-2, and the load on the second port side. Current. V 1 is a voltage applied to a circuit after the wave source 330, and is a voltage applied to the first circuit 320-1, the antenna 310, the second circuit 320-2, and the load on the second port side. It is.
Iaは、第1の回路320−1より後の回路に流れる電流であり、アンテナ310、第2の回路320−2、および第2のポート側の負荷に流れる電流である。Vaは、第1の回路320−1より後の回路に印加される電圧であり、アンテナ310、第2の回路320−2、および第2のポート側の負荷に印加される電圧である。 I a is a current that flows in a circuit after the first circuit 320-1, and is a current that flows in the antenna 310, the second circuit 320-2, and the load on the second port side. V a is a voltage applied to a circuit after the first circuit 320-1, and is a voltage applied to the antenna 310, the second circuit 320-2, and the load on the second port side.
Iml2は、アンテナ310より後の回路に流れる電流であり、第2の回路320−2および第2のポート側の負荷に流れる電流である。Vml2は、アンテナ310より後の回路に印加される電圧であり、第2の回路320−2および第2のポート側の負荷に印加される電圧である。 I ml2 is a current flowing through the circuit after the antenna 310, and is a current flowing through the second circuit 320-2 and the load on the second port side. V ml2 is a voltage applied to the circuit after the antenna 310, and is a voltage applied to the second circuit 320-2 and the load on the second port side.
I2は、第2の回路320−2より後の回路に流れる電流であり、第2のポート側の負荷に流れる電流である。V2は、第2の回路320−2より後の回路に印加される電圧であり、第2のポート側の負荷に印加される電圧である。 I 2 is a current that flows through a circuit after the second circuit 320-2, and a current that flows through the load on the second port side. V 2 is a voltage applied to a circuit after the second circuit 320-2, and is a voltage applied to the load on the second port side.
整合回路付きアンテナモデルの等価回路300において、放射効率ηは、以下の式(23)により計算できる。
式(23)中のPna、Pnml2、Pnml1、およびPrad/(Prad+PLossa)は、それぞれ以下のようにして計算できる。
まず、式(23)中のPrad/(Prad+PLossa)は、アンテナ210単体の等価回路を用いて以下のように導き出せる。
P na , P nml2 , P nml1 , and P rad / (P rad + P Lossa ) in the equation (23) can be calculated as follows.
First, P rad / (P rad + P Lossa ) in the equation (23) can be derived as follows using an equivalent circuit of the antenna 210 alone.
図7は、例示的なアンテナ単体モデルの等価回路図である。図7に示したアンテナ単体モデルの等価回路500において、整合回路付きアンテナモデルの等価回路300と同じ要素には、同じ参照符号がふられている。 FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of an exemplary antenna unit model. In the equivalent circuit 500 of the single antenna model shown in FIG. 7, the same reference numerals are given to the same elements as those of the equivalent circuit 300 of the antenna model with a matching circuit.
図7において、アンテナ310単体の放射効率ηaは、以下の式(24)のように表すことができる。
また、Pnaは、式(3)で示したアンテナ310単体のFパラメータFaを用いて、以下の式(25)のように表すことができる。
ここで、アンテナ210単体モデルに対するアンテナ特性の解析においては、Z01=Z02=Z0に設定する。また、V2=Z02I2であるから、Pnaは、さらに以下の式(26)のように表すことができる。
さらに、PLoad2は、以下の式(27)のように表すことができる。
式(26)および式(27)から、PnaとPLoad2との関係は、以下の式(28)のように表すことができる。
そこで、式(23)中のPrad/(Prad+PLossa)は、式(24)および式(28)を用いて、以下の式(29)ように表すことができる。
前述したように、実施形態では、式(29)中のηaは、既知の値である。すなわち、アンテナ210単体の放射効率ηaは、実施形態によっては、シミュレーション実行部131bのシミュレーションにより取得されてアンテナ特性ファイル121に格納されている、また、実施形態によっては、アンテナ310単体の放射効率ηaは、入力部110を介した入力により取得される。また、実施形態では、式(29)中のαは、式(28)により計算可能である。
したがって、式(23)中のPrad/(Prad+PLossa)は、式(29)により計算できる。
As described above, in the embodiment, η a in the equation (29) is a known value. That is, the radiation efficiency η a of the antenna 210 alone is acquired by simulation of the simulation execution unit 131b and stored in the antenna characteristic file 121 in some embodiments, and the radiation efficiency of the antenna 310 alone in some embodiments. η a is acquired by input through the input unit 110. In the embodiment, α in equation (29) can be calculated by equation (28).
Therefore, P rad / (P rad + P Lossa ) in the equation (23) can be calculated by the equation (29).
次に、式(23)中のPnml2は、以下の式(30)のように表すことができる。
式(30)中のAml2、Bml2、Cml2、およびDml2は、第2の回路320−2のFパラメータFml2の要素であり、式(11)を示しながら前述したように計算可能である。また、整合回路付きアンテナモデル200において、アンテナ素子に給電していないポートの基準インピーダンスは、基準インピーダンスZ0であってもよく、任意の値Z0´でもよい。すなわち、図3に示した一例では、式(30)中の第2のポートの基準インピーダンスZ02は、入力部110を介した入力により与えられる既知の値である。 A ml2 , B ml2 , C ml2 , and D ml2 in equation (30) are elements of the F parameter F ml2 of the second circuit 320-2 and can be calculated as described above while showing equation (11). It is. Further, in the antenna model 200 with a matching circuit, the reference impedance of the port that does not feed the antenna element may be the reference impedance Z 0 or an arbitrary value Z 0 ′. That is, in the example shown in FIG. 3, the reference impedance Z 02 of the second port in the equation (30) is a known value given by an input through the input unit 110.
また、式(23)中のPnaは、以下の式(31)のように表すことができる。
式(31)中のAaml2、Baml2、Caml2、およびDaml2は、以下の式(32)で示される行列の要素である。
式(3)および式(11)を示しながら前述したように、実施形態では、FaおよびFml2は、計算可能である。したがって、実施形態では、式(31)中のAmla2、Bmla2、Cmla2、およびDmla2は、計算可能である。また、前述したように、Z02は、既知の値である。 As described above with equations (3) and (11), in embodiments, F a and F ml2 can be calculated. Thus, in an embodiment, A mla2 , B mla2 , C mla2 and D mla2 in formula (31) can be calculated. As described above, Z 02 is a known value.
そして、式(23)中のPnml1は、以下の式(33)のように表すことができる。
式(12)を示しながら前述したように、実施形態では、式(31)中のAmla、Bmla、Cmla、およびDmlaは、計算可能である。また、前述したように、式(31)中のZ02は、既知の値である。
以上のように、式(23)中のPrad/(Prad+PLossa)、Pnml2、Pna、およびPnml1は、式(29)、式(30)、式(31)、および式(33)を用いてそれぞれ表すことができる。
As described above with reference to equation (12), in embodiments, A mla , B mla , C mla , and D mla in equation (31) can be calculated. Further, as described above, Z 02 in the formula (31) is a known value.
As described above, P rad / (P rad + P Lossa ), P nml2 , P na , and P nml1 in the equation (23) are expressed by the equations (29), (30), (31), and ( 33) respectively.
ここで、実施形態では、アンテナ210単体のモデルと整合回路付きアンテナモデル200とにおいてPrad/(Prad+PLossa)の値が不変であるとみなす。式(29)、式(30)、式(31)、および式(33)を式(23)に代入すると、|I2|2は、計算中に打ち消される。
したがって、整合回路付きアンテナモデル200の放射効率ηは、式(23)により計算できる。
Here, in the embodiment, it is assumed that the value of P rad / (P rad + P Lossa ) is unchanged between the model of the antenna 210 alone and the antenna model 200 with a matching circuit. When Expression (29), Expression (30), Expression (31), and Expression (33) are substituted into Expression (23), | I 2 | 2 is canceled during the calculation.
Therefore, the radiation efficiency η of the antenna model 200 with a matching circuit can be calculated by Expression (23).
なお、前述したように、整合回路付きアンテナモデル200において、アンテナ素子に給電していないポートの基準インピーダンスは、基準インピーダンスZ0でなくてもよく、任意の値が与えられ得る。すなわち、図3に示した一例では、第2のポートの基準インピーダンスZ02は、0から無限大(∞)までの任意の値を与え得る。 As described above, in the antenna model 200 with a matching circuit, the reference impedance of the port that does not supply power to the antenna element may not be the reference impedance Z 0 , and an arbitrary value can be given. That is, in the example shown in FIG. 3, the reference impedance Z 02 of the second port can give any value from 0 to infinity (∞).
しかしながら、第2のポートが開放されたケースが仮定され、Z02が無限大と設定された場合には、式(30)、式(31)、および式(33)を用いて式(23)中のPnml2、Pna、およびPnml1を計算することはできない。 However, in the case where the second port is opened and Z 02 is set to infinity, the equation (23) is obtained using the equations (30), (31), and (33). It is not possible to calculate P nml2 , P na , and P nml1 .
そこで、Z02が無限大と設定された場合には、上述した式(30)、式(31)、および式(33)を以下の式(34)、式(35)、および式(36)にそれぞれ変形する。
Z02が無限大と設定された場合の整合回路付きアンテナモデル200の放射効率ηは、式(29)、式(34)、式(35)、および式(36)を用いて以下の式(37)のように計算できる。
なお、上述では、図3に示すように、第1のポートから第1のアンテナ素子211に給電し、第2のアンテナ素子212の給電電圧を0Vとしたケースの放射効率ηの算出方法を説明した。しかしながら、第2のポートから第2のアンテナ素子212に給電し、第1のアンテナ素子211の給電電圧を0Vとしたケースの放射効率ηも、同様の方法によって算出できる。 In the above description, as shown in FIG. 3, a method for calculating the radiation efficiency η in the case where the first antenna element 211 is fed from the first port and the feeding voltage of the second antenna element 212 is 0V is described. did. However, the radiation efficiency η in the case where power is supplied from the second port to the second antenna element 212 and the power supply voltage of the first antenna element 211 is 0 V can be calculated by the same method.
以上のように、アンテナ特性計算部133bは、寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含む整合素子の損失、および線路の損失、およびアンテナ素子間の相互作用が考慮された整合回路付きアンテナモデルの放射効率ηをシミュレーションによらずに取得する。すなわち、実施形態では、アンテナ特性計算部133bは、整合回路付きアンテナモデルの放射効率ηを、複数のアンテナ素子を含むアンテナ単体の特性、整合回路を構成する各整合素子の特性、および線路の特性を用いて解析的手法により計算する。 As described above, the antenna characteristic calculation unit 133b calculates the radiation efficiency η of the antenna model with the matching circuit in consideration of the loss of the matching element including the parasitic reactance and the loss resistance, the loss of the line, and the interaction between the antenna elements. Acquire without simulation. That is, in the embodiment, the antenna characteristic calculation unit 133b determines the radiation efficiency η of the antenna model with a matching circuit, the characteristics of a single antenna including a plurality of antenna elements, the characteristics of each matching element constituting the matching circuit, and the characteristics of the line. To calculate by analytical method.
したがって、実施形態に従えば、寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含む整合素子の損失、および線路の損失、およびアンテナ素子間の相互作用が考慮された整合回路付きアンテナモデルのアンテナ特性を短時間で取得することができ、所望のアンテナ設計を効率的に行なうことができる。 Therefore, according to the embodiment, the antenna characteristics of the antenna model with a matching circuit that takes into account the loss of the matching element including the parasitic reactance and the loss resistance, the loss of the line, and the interaction between the antenna elements are acquired in a short time. Therefore, a desired antenna design can be performed efficiently.
最後に、実施形態に従った整合回路付きアンテナモデルのトータル効率の計算方法を説明する。
整合回路付きアンテナモデルのトータル効率ηtは、以下の式(38)により計算できる。
The total efficiency η t of the antenna model with a matching circuit can be calculated by the following equation (38).
式(13)を示して前述したように、実施形態では、式(38)中の反射係数S11は計算可能である。また、式(23)および式(37)を示して前述したように、実施形態では、式(38)中の放射効率ηは、計算可能である。
したがって、整合回路付きアンテナモデルのトータル効率ηtは、式(38)により計算できる。
As described above shows the equation (13), in the embodiment, the reflection coefficient S 11 in formula (38) can be calculated. In addition, as described above with Expression (23) and Expression (37), in the embodiment, the radiation efficiency η in Expression (38) can be calculated.
Therefore, the total efficiency η t of the antenna model with a matching circuit can be calculated by Expression (38).
以上のように、アンテナ特性計算部133bは、寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含む整合素子の損失、および線路の損失、およびアンテナ素子間の相互作用が考慮された整合回路付きアンテナモデルのトータル効率ηtをシミュレーションによらずに取得する。すなわち、実施形態では、アンテナ特性計算部133bは、整合回路付きアンテナモデルのトータル効率ηtを、複数のアンテナ素子を含むアンテナ単体の特性、整合回路を構成する各整合素子の特性、および線路の特性を用いて解析的手法により計算する。 As described above, the antenna characteristic calculation unit 133b calculates the total efficiency η t of the antenna model with the matching circuit in consideration of the loss of the matching element including the parasitic reactance and the loss resistance, the loss of the line, and the interaction between the antenna elements. Is obtained without simulation. That is, in the embodiment, the antenna characteristic calculation unit 133b calculates the total efficiency η t of the antenna model with a matching circuit, the characteristics of a single antenna including a plurality of antenna elements, the characteristics of each matching element constituting the matching circuit, and the line Calculate by analytical method using characteristics.
したがって、実施形態に従えば、整合素子の損失、および線路の損失、およびアンテナ素子間の相互作用が考慮された整合回路付きアンテナモデルのアンテナ特性を短時間で取得することができ、所望のアンテナ設計を効率的に行なうことができる。 Therefore, according to the embodiment, the antenna characteristics of the antenna model with a matching circuit that takes into account the loss of the matching element, the loss of the line, and the interaction between the antenna elements can be acquired in a short time, and the desired antenna can be obtained. Design can be performed efficiently.
なお、上述では、整合素子の損失、線路の損失、およびアンテナ素子間の相互作用が加味された整合回路付きアンテナモデルのアンテナ特性の計算方法を実施形態に従ったアンテナ特性の計算方法の一例として説明した。しかしながら、整合素子の損失およびアンテナ素子間の相互作用が加味された整合回路付きアンテナモデルのアンテナ特性についても、線路に関する計算を省略する等、上述した計算方法を変形することによって計算でき、上述した効果と同様の効果が得られることは、明らかである。 In the above description, the calculation method of the antenna characteristic of the antenna model with the matching circuit in which the loss of the matching element, the loss of the line, and the interaction between the antenna elements is considered as an example of the calculation method of the antenna characteristic according to the embodiment. explained. However, the antenna characteristics of the antenna model with a matching circuit that takes into account the loss of the matching element and the interaction between the antenna elements can also be calculated by modifying the calculation method described above, such as omitting the calculation related to the line. It is clear that an effect similar to the effect can be obtained.
実施形態に従ったアンテナ特性の計算方法が実用に耐え得る十分な計算精度を有することを、具体例を用いて以下に説明する。以下の説明では、実施形態に従った計算方法によるアンテナ特性と、電磁界シミュレーションによるアンテナ特性と比較する。電磁界シミュレーションによるアンテナ特性は、Poynting(登録商標)等の任意の電磁界シミュレーションソフトウェアに従うコンピュータによっても取得することが可能である。 It will be described below using a specific example that the antenna characteristic calculation method according to the embodiment has sufficient calculation accuracy to withstand practical use. In the following description, the antenna characteristic obtained by the calculation method according to the embodiment is compared with the antenna characteristic obtained by electromagnetic field simulation. The antenna characteristics by the electromagnetic field simulation can also be acquired by a computer according to any electromagnetic field simulation software such as Poynting (registered trademark).
なお、以下に示す具体例は、実施形態のアンテナ特性の計算方法の計算精度を説明するための一例であり、以下の具体例に示される各パラメータの値によらなければ実施形態に従った計算方法が実用に耐え得る計算精度を得られないことを意味するものではない。 The specific example shown below is an example for explaining the calculation accuracy of the calculation method of the antenna characteristics of the embodiment. If the value of each parameter shown in the following specific example is not used, the calculation according to the embodiment is performed. It does not mean that the method cannot obtain calculation accuracy that can withstand practical use.
図8は、計算精度の検証に用いられた整合回路付きアンテナモデルの説明図である。
図8に示す整合回路付きアンテナモデル600は、アンテナ610、接地導体620、および基板630を含む。
FIG. 8 is an explanatory diagram of an antenna model with a matching circuit used for verification of calculation accuracy.
An antenna model 600 with a matching circuit shown in FIG. 8 includes an antenna 610, a ground conductor 620, and a substrate 630.
アンテナ610は、基板630の上面に配置され、接地導体620は、基板630の下面に配置される。基板630の上面に配置されたアンテナ610の下方には、接地導体620は存在しない。 The antenna 610 is disposed on the upper surface of the substrate 630, and the ground conductor 620 is disposed on the lower surface of the substrate 630. There is no ground conductor 620 below the antenna 610 disposed on the upper surface of the substrate 630.
アンテナ610は、第1のアンテナ素子611および第2のアンテナ素子612を含む。第1のアンテナ素子611および第2のアンテナ素子612は、線状のアンテナ素子ある。線状の第1アンテナ素子611および第2のアンテナ素子612の幅は、それぞれ1mmである。 The antenna 610 includes a first antenna element 611 and a second antenna element 612. The first antenna element 611 and the second antenna element 612 are linear antenna elements. The widths of the linear first antenna element 611 and the second antenna element 612 are each 1 mm.
線状の第1のアンテナ素子611は、直角に屈曲しており、屈曲点を境として、ポート1側の第1の直線部分611aと、ポート1側とは反対側の第2の直線部分611bとを含む。第1の直線部分611aの長さは、10mmであり、第2の直線部分611bの長さは、24mmである。 The linear first antenna element 611 is bent at a right angle, and the first straight line portion 611a on the port 1 side and the second straight line portion 611b on the opposite side to the port 1 side with the bending point as a boundary. Including. The length of the first straight line portion 611a is 10 mm, and the length of the second straight line portion 611b is 24 mm.
また、線状の第2のアンテナ素子612は、直角に屈曲しており、屈曲点を境として、ポート2側の第3の直線部分612aと、ポート2側とは反対側の第4の直線部分612bとを含む。第3の直線部分612aの長さは、10mmであり、第4の部分612bの長さは、11mmである。 The linear second antenna element 612 is bent at a right angle, and the third straight line portion 612a on the port 2 side and the fourth straight line on the opposite side to the port 2 side with the bending point as a boundary. Part 612b. The length of the third straight portion 612a is 10 mm, and the length of the fourth portion 612b is 11 mm.
このように、第1のアンテナ素子611の形状と第2のアンテナ素子612の形状とは異なり、アンテナ610の形状は、非対称である。 Thus, unlike the shape of the first antenna element 611 and the shape of the second antenna element 612, the shape of the antenna 610 is asymmetric.
接地導体620は、矩形の表面(上面および下面)を有する金属板である。第1の直線部分611aおよび第3の直線部分612aと並行方向の接地導体620の表面の辺の長さは、100mmであり、第2の直線部分611bおよび第4の直線部分612bと並行方向の辺の長さは、50mmである。接地導体620は、完全導体とみなす。 The ground conductor 620 is a metal plate having a rectangular surface (upper surface and lower surface). The length of the side of the surface of the ground conductor 620 parallel to the first straight line portion 611a and the third straight line portion 612a is 100 mm, and is parallel to the second straight line portion 611b and the fourth straight line portion 612b. The length of the side is 50 mm. The ground conductor 620 is considered a complete conductor.
基板630は、アンテナ610および接地導体620の間に配置される。基板630の厚さは、1mmである。基板630の比誘電率は、4.0であり、誘電損は、2GHzにおいて0.02である。 The substrate 630 is disposed between the antenna 610 and the ground conductor 620. The thickness of the substrate 630 is 1 mm. The relative dielectric constant of the substrate 630 is 4.0, and the dielectric loss is 0.02 at 2 GHz.
第1のアンテナ素子611のポート1側および第2のアンテナ素子612のポート2側には、整合回路がそれぞれ接続される。 Matching circuits are connected to the port 1 side of the first antenna element 611 and the port 2 side of the second antenna element 612, respectively.
図9は、図8に示した整合回路付きアンテナモデルの等価回路図である。図9に示した整合回路付きアンテナモデルの等価回路700において、アンテナ710は、アンテナ610に対応する。第1の整合回路720−1は、第1のアンテナ素子611のポート1側に接続された整合回路に対応し、第2の整合回路720−2は、第2のアンテナ素子612のポート2側に接続された整合回路に対応する。 FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of the antenna model with a matching circuit shown in FIG. In the equivalent circuit 700 of the antenna model with a matching circuit illustrated in FIG. 9, the antenna 710 corresponds to the antenna 610. The first matching circuit 720-1 corresponds to the matching circuit connected to the port 1 side of the first antenna element 611, and the second matching circuit 720-2 is the port 2 side of the second antenna element 612. Corresponds to the matching circuit connected to the.
図9に示すように、第1の整合回路720−1は、第1のアンテナ素子611と直列に接続されたインダクタを含み、そのインダクタンスは、1.2nHである。また、第1の整合回路720−1は、第1のアンテナ素子611と並列に接続されたキャパシタを含み、その容量は、2.5nFである。また、第2の整合回路720−2は、第2のアンテナ素子612と直列に接続されたインダクタを含み、そのインダクタンスは、4nHである。また、第2の整合回路720−2は、第2のアンテナ素子612と並列に接続されたインダクタを含み、そのインダクタンスは、1.6nHである。 As shown in FIG. 9, the first matching circuit 720-1 includes an inductor connected in series with the first antenna element 611, and the inductance is 1.2 nH. The first matching circuit 720-1 includes a capacitor connected in parallel with the first antenna element 611, and the capacitance thereof is 2.5 nF. The second matching circuit 720-2 includes an inductor connected in series with the second antenna element 612, and its inductance is 4 nH. The second matching circuit 720-2 includes an inductor connected in parallel with the second antenna element 612, and the inductance is 1.6 nH.
まず、第1の検証例として、第1のポートの基準インピーダンスZ01および第2のポートの基準インピーダンスZ02を共に50Ω(Z01=Z02=Z0=50Ω)としたケースの整合回路付きアンテナモデル600のアンテナ特性について説明する。 First, as a first verification example, there is a matching circuit in the case where the reference impedance Z 01 of the first port and the reference impedance Z 02 of the second port are both 50Ω (Z 01 = Z 02 = Z 0 = 50Ω) The antenna characteristics of the antenna model 600 will be described.
第1の検証例にけるSパラメータの検証結果を図10〜図14を参照しながら説明する。図10〜図14の検証結果は、ポート1から第1のアンテナ素子611に給電し、ポート2から第2のアンテナ素子612への給電電圧を0Vとしたときの検証結果である。 The verification result of the S parameter in the first verification example will be described with reference to FIGS. 10 to 14 are verification results when power is supplied from the port 1 to the first antenna element 611 and the power supply voltage from the port 2 to the second antenna element 612 is 0V.
図10は、第1の検証例におけるS11の周波数特性図である。図11は、第1の検証例におけるS11のスミスチャートである。図10および図11から理解できるように、測定周波数1500〜2500MHzにおけるポート1の反射係数S11の遷移の傾向は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。例えば、ポート1の反射係数S11の値が最も低い周波数は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とで一致し、約2000MHzである。また、測定周波数1500〜2500MHzにおけるポート1の反射係数S11の値は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。 FIG. 10 is a frequency characteristic diagram of S 11 in the first verification example. Figure 11 is a Smith chart of S 11 in the first test example. As can be understood from FIGS. 10 and 11 , the tendency of the transition of the reflection coefficient S 11 of the port 1 at the measurement frequency of 1500 to 2500 MHz is almost the same between the simulation result by the electromagnetic field simulation and the calculation method according to the embodiment. For example, the frequency with the lowest value of the reflection coefficient S 11 of the port 1 is about 2000 MHz in the simulation result by the electromagnetic field simulation and the calculation method according to the embodiment. In addition, the value of the reflection coefficient S 11 of the port 1 at the measurement frequency 1500 to 2500 MHz is almost the same between the simulation result by the electromagnetic field simulation and the calculation method according to the embodiment.
図12は、第1の検証例におけるS22の周波数特性図である。図13は、第1の検証例におけるS22のスミスチャートである。図12および図13から理解できるように、測定周波数1500〜2500MHzにおけるポート2の反射係数S22の遷移の傾向は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。例えば、ポート2の反射係数S22の値が最も低い周波数は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とで一致し、約2000MHzである。また、測定周波数1500〜2500MHzにおけるポート2の反射係数S22の値は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。 FIG. 12 is a frequency characteristic diagram of S 22 in the first verification example. Figure 13 is a Smith chart of S 22 in the first test example. As can be understood from FIGS. 12 and 13, the tendency of transition of the reflection coefficient S 22 of the port 2 at the measurement frequency 1500~2500MHz approximately corresponds with the calculation method according to the simulation results of the embodiment by the electromagnetic field simulation. For example, the frequency with the lowest value of the reflection coefficient S 22 of the port 2 is about 2000 MHz in the simulation result by the electromagnetic field simulation and the calculation method according to the embodiment. In addition, the value of the reflection coefficient S 22 of the port 2 at the measurement frequency 1500 to 2500 MHz is almost the same between the simulation result by the electromagnetic field simulation and the calculation method according to the embodiment.
図14は、第1の検証例におけるS21およびS12の周波数特性図である。図14から理解できるように、測定周波数1500〜2500MHzにおけるポート1からポート2への伝達係数S21およびポート2からポート1への伝達係数S12の遷移の傾向は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。例えば、伝達係数S21およびS12の値が最も高い周波数は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とで一致し、約2000MHzである。 FIG. 14 is a frequency characteristic diagram of S 21 and S 12 in the first verification example. As can be understood from FIG. 14, the transition tendency of the transfer coefficient S 21 from port 1 to port 2 and the transfer coefficient S 12 from port 2 to port 1 at a measurement frequency of 1500 to 2500 MHz is similar to the simulation result by electromagnetic field simulation. The calculation method according to the embodiment is almost the same. For example, the frequency with the highest values of the transfer coefficients S 21 and S 12 is about 2000 MHz, which is the same between the simulation result by the electromagnetic field simulation and the calculation method according to the embodiment.
このように、図10〜図14に示した検証結果から、実施形態の計算方法が実用に耐え得る計算精度を有する計算方法であることが理解できる。 Thus, from the verification results shown in FIGS. 10 to 14, it can be understood that the calculation method of the embodiment is a calculation method having a calculation accuracy that can withstand practical use.
第1の検証例にける放射効率およびトータル効率の検証結果を図15〜図18を参照しながら説明する。
図15は、第1の検証例における第1のアンテナ素子の放射効率の周波数特性図である。図16は、第1の検証例における第1のアンテナ素子のトータル効率の周波数特性図である。図15および図16に示した検証結果は、ポート1から第1のアンテナ素子611に給電し、ポート2から第2のアンテナ素子612への給電電圧を0Vとしたときの検証結果である。
The verification results of the radiation efficiency and the total efficiency in the first verification example will be described with reference to FIGS.
FIG. 15 is a frequency characteristic diagram of the radiation efficiency of the first antenna element in the first verification example. FIG. 16 is a frequency characteristic diagram of the total efficiency of the first antenna element in the first verification example. The verification results shown in FIGS. 15 and 16 are verification results when power is supplied from the port 1 to the first antenna element 611 and the power supply voltage from the port 2 to the second antenna element 612 is 0V.
図15および図16から理解できるように、測定周波数1500〜2500MHzにおける第1のアンテナ素子611の放射効率およびトータル効率の遷移の傾向は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。また、測定周波数1500〜2500MHzにおける第1のアンテナ素子611の放射効率およびトータル効率の値は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。例えば、式(23)についての説明において前述したように、実施形態に従った放射効率の計算では、アンテナ単体のモデルと整合回路付きアンテナモデルとにおいてPrad/(Prad+PLossa)の値が不変であると擬制する。図15および図16の検証例からは、こうした擬制を用いた実施形態の計算方法が実用に耐え得る計算精度を有する計算方法であることが理解できる。 As can be understood from FIG. 15 and FIG. 16, the tendency of the transition of the radiation efficiency and the total efficiency of the first antenna element 611 at the measurement frequency 1500 to 2500 MHz depends on the simulation result by the electromagnetic field simulation and the calculation method according to the embodiment. Almost matches. Further, the radiation efficiency and the total efficiency of the first antenna element 611 at the measurement frequency of 1500 to 2500 MHz are almost the same between the simulation result by the electromagnetic field simulation and the calculation method according to the embodiment. For example, as described above in the description of the equation (23), in the calculation of the radiation efficiency according to the embodiment, the value of P rad / (P rad + P Lossa ) is calculated for the antenna model and the antenna model with a matching circuit. Pretends to be immutable. From the verification examples of FIGS. 15 and 16, it can be understood that the calculation method of the embodiment using such a fake is a calculation method having a calculation accuracy that can withstand practical use.
図17は、第1の検証例における第2のアンテナ素子の放射効率の周波数特性図である。図18は、第1の検証例における第2のアンテナ素子のトータル効率の周波数特性図である。図17および図18に示した検証結果は、ポート2から第2のアンテナ素子612に給電し、ポート1から第1のアンテナ素子611への給電電圧を0Vとしたときの検証結果である。 FIG. 17 is a frequency characteristic diagram of the radiation efficiency of the second antenna element in the first verification example. FIG. 18 is a frequency characteristic diagram of the total efficiency of the second antenna element in the first verification example. The verification results shown in FIGS. 17 and 18 are verification results when power is supplied from the port 2 to the second antenna element 612 and the power supply voltage from the port 1 to the first antenna element 611 is 0V.
図17および図18から理解できるように、測定周波数1500〜2500MHzにおける第2のアンテナ素子612の放射効率およびトータル効率の遷移の傾向は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。また、測定周波数1500〜2500MHzにおける第2のアンテナ素子612の放射効率およびトータル効率の値は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。図17および図18の検証例からは、前述の擬制を用いた実施形態の計算方法が実用に耐え得る計算精度を有する計算方法であることが理解できる。 As can be understood from FIGS. 17 and 18, the tendency of the transition of the radiation efficiency and the total efficiency of the second antenna element 612 at the measurement frequency of 1500 to 2500 MHz depends on the simulation result by the electromagnetic field simulation and the calculation method according to the embodiment. Almost matches. In addition, the radiation efficiency and the total efficiency of the second antenna element 612 at the measurement frequency of 1500 to 2500 MHz are almost the same between the simulation result by the electromagnetic field simulation and the calculation method according to the embodiment. From the verification examples of FIGS. 17 and 18, it can be understood that the calculation method of the embodiment using the above-described fake is a calculation method having a calculation accuracy that can withstand practical use.
次に、第2の検証例として、第1のポートの基準インピーダンスZ01を50Ω(Z01=Z0=50Ω)とし、第2のポートの基準インピーダンスZ02を50Ω以外の値(Z02≠Z0)としたケースの整合回路付きアンテナモデル600のアンテナ特性について説明する。 Next, as a second verification example, the reference impedance Z 01 of the first port is set to 50Ω (Z 01 = Z 0 = 50Ω), and the reference impedance Z 02 of the second port is set to a value other than 50Ω (Z 02 ≠ The antenna characteristics of the antenna model 600 with a matching circuit in the case of Z 0 ) will be described.
第2の検証例にけるSパラメータの検証結果を図19〜図22を参照しながら説明する。図19〜図22の検証結果は、ポート1から第1のアンテナ素子611に給電し、ポート2から第2のアンテナ素子612への給電電圧を0Vとしたときの検証結果である。また、図19および図20の検証結果は、第2のポートの基準インピーダンスZ02を0としたときの検証結果である。図21および図22の検証結果は、第2のポートの基準インピーダンスZ02を無限大としたときの検証結果である。 The verification result of the S parameter in the second verification example will be described with reference to FIGS. The verification results of FIGS. 19 to 22 are verification results when power is supplied from the port 1 to the first antenna element 611 and the power supply voltage from the port 2 to the second antenna element 612 is 0V. Further, the verification results of FIGS. 19 and 20 are verification results when the reference impedance Z 02 of the second port is 0. The verification results of FIGS. 21 and 22 are verification results when the reference impedance Z 02 of the second port is infinite.
図19は、第2のポートの基準インピーダンスZ02を0としたケースのS11の周波数特性図である。図19から理解できるように、測定周波数1500〜2500MHzにおけるポート1の反射係数S11の遷移の傾向は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。例えば、ポート1の反射係数S11の値が最も低い周波数は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とで一致し、約2100MHzである。また、測定周波数1500〜2500MHzにおけるポート1の反射係数S11の値は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。 FIG. 19 is a frequency characteristic diagram of S 11 in the case where the reference impedance Z 02 of the second port is 0. As can be understood from FIG. 19, the transition tendency of the reflection coefficient S 11 of the port 1 at the measurement frequency of 1500 to 2500 MHz is almost the same between the simulation result by the electromagnetic field simulation and the calculation method according to the embodiment. For example, the frequency at which the value of the reflection coefficient S 11 of port 1 is the lowest is about 2100 MHz in the simulation result by the electromagnetic field simulation and the calculation method according to the embodiment. In addition, the value of the reflection coefficient S 11 of the port 1 at the measurement frequency 1500 to 2500 MHz is almost the same between the simulation result by the electromagnetic field simulation and the calculation method according to the embodiment.
図20は、第2のポートの基準インピーダンスZ02を0としたケースの第1のアンテナ素子のトータル効率の周波数特性図である。
図20から理解できるように、測定周波数1500〜2500MHzにおける第1のアンテナ素子611のトータル効率の遷移の傾向は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。また、測定周波数1500〜2500MHzにおける第1のアンテナ素子611のトータル効率の値は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。
FIG. 20 is a frequency characteristic diagram of the total efficiency of the first antenna element in the case where the reference impedance Z 02 of the second port is 0.
As can be understood from FIG. 20, the tendency of transition of the total efficiency of the first antenna element 611 at the measurement frequency of 1500 to 2500 MHz is almost the same between the simulation result by the electromagnetic field simulation and the calculation method according to the embodiment. In addition, the value of the total efficiency of the first antenna element 611 at the measurement frequency of 1500 to 2500 MHz is almost the same between the simulation result by the electromagnetic field simulation and the calculation method according to the embodiment.
図21は、第2のポートの基準インピーダンスZ02を無限大としたケースのS11の周波数特性図である。図21から理解できるように、測定周波数1500〜2500MHzにおけるポート1の反射係数S11の遷移の傾向は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。例えば、ポート1の反射係数S11の値が最も低い周波数は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とで一致し、約2000MHzである。また、測定周波数1500〜2500MHzにおけるポート1の反射係数S11の値は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。 FIG. 21 is a frequency characteristic diagram of S 11 in the case where the reference impedance Z 02 of the second port is infinite. As can be understood from FIG. 21, the tendency of transition of the reflection coefficient S 11 of the port 1 at the measurement frequency 1500~2500MHz approximately corresponds with the calculation method according to the simulation results of the embodiment by the electromagnetic field simulation. For example, the frequency with the lowest value of the reflection coefficient S 11 of the port 1 is about 2000 MHz in the simulation result by the electromagnetic field simulation and the calculation method according to the embodiment. In addition, the value of the reflection coefficient S 11 of the port 1 at the measurement frequency 1500 to 2500 MHz is almost the same between the simulation result by the electromagnetic field simulation and the calculation method according to the embodiment.
図22は、第2のポートの基準インピーダンスZ02を無限大としたケースの第1のアンテナ素子のトータル効率の周波数特性図である。
図22から理解できるように、測定周波数1500〜2500MHzにおける第1のアンテナ素子611のトータル効率の遷移の傾向は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。また、測定周波数1500〜2500MHzにおける第1のアンテナ素子611のトータル効率の値は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。
FIG. 22 is a frequency characteristic diagram of the total efficiency of the first antenna element in the case where the reference impedance Z 02 of the second port is infinite.
As can be understood from FIG. 22, the tendency of transition of the total efficiency of the first antenna element 611 at the measurement frequency of 1500 to 2500 MHz is almost the same between the simulation result by the electromagnetic field simulation and the calculation method according to the embodiment. In addition, the value of the total efficiency of the first antenna element 611 at the measurement frequency of 1500 to 2500 MHz is almost the same between the simulation result by the electromagnetic field simulation and the calculation method according to the embodiment.
以上のような図19および図21に示した検証結果から、給電されていないアンテナ素子のポートの基準インピーダンスが任意の値に設定された場合でも、実施形態の計算方法が実用に耐え得る計算精度を有する計算方法であることが理解できる。また、図20および図22に示した検証結果から、給電されていないアンテナ素子のポートの基準インピーダンスが任意の値に設定された場合でも、前述したような擬制を用いた実施形態の計算方法が実用に耐え得る計算精度を有する計算方法であることが理解できる。 From the verification results shown in FIGS. 19 and 21 as described above, even when the reference impedance of the port of the antenna element that is not fed is set to an arbitrary value, the calculation accuracy with which the calculation method of the embodiment can withstand practical use is obtained. It can be understood that the calculation method has Further, from the verification results shown in FIG. 20 and FIG. 22, even when the reference impedance of the port of the antenna element that is not fed is set to an arbitrary value, the calculation method of the embodiment using the above-described pseudo control is as follows. It can be understood that this calculation method has a calculation accuracy that can withstand practical use.
上述した第1および第2の検証例の検証結果から、実施形態の計算方法が実用に耐え得る計算精度を有する計算方法であることが理解できる。
実施形態に従ったアンテナ設計処理フローの一例を以下に説明する。
From the verification results of the first and second verification examples described above, it can be understood that the calculation method of the embodiment is a calculation method having a calculation accuracy that can withstand practical use.
An example of an antenna design processing flow according to the embodiment will be described below.
図23は、実施形態に従ったアンテナ設計処理フローの例図である。
図23に示したアンテナ設計処理フローは、アンテナ素子間の相互作用および整合素子の損失に加えて、アンテナと波源との間の線路の損失を加味して、アンテナ設計装置100がアンテナ設計を実行するケースの処理フローの一例である。図23に示したアンテナ設計処理フローの内、線路の設計に関わる処理を除けば、アンテナ素子間の相互作用および整合素子の損失のみを加味してアンテナ設計装置100がアンテナ設計を実行するケースの処理フローの一例となる。
FIG. 23 is an example diagram of an antenna design processing flow according to the embodiment.
In the antenna design processing flow shown in FIG. 23, the antenna design apparatus 100 executes antenna design in consideration of the loss of the line between the antenna and the wave source in addition to the interaction between the antenna elements and the loss of the matching element. It is an example of the processing flow of a case to do. In the case of the antenna design processing flow shown in FIG. 23, except for the process related to the line design, the antenna design apparatus 100 executes the antenna design considering only the interaction between the antenna elements and the loss of the matching element. This is an example of a processing flow.
step101において、整合回路なしアンテナモデル作成部131aは、入力部110を介して入力されたモデルの条件データに従って、アンテナ単体のモデルを作成する。また、整合回路なしアンテナモデル作成部131aは、入力部110を介して入力されたモデルの条件データに従って、アンテナおよび線路を含むモデルを作成する。整合回路なしアンテナモデル作成部131aにより作成されるアンテナには、複数のアンテナ素子が含まれる。前述したように、入力部110を介して入力されるモデルの条件データには、モデルの形状、モデルの材質、波源、回路部品、解析条件、および解析出力項目に関するデータが含まれる。 In step 101, the antenna model creation unit 131a without a matching circuit creates a model of a single antenna according to the model condition data input via the input unit 110. The antenna model creation unit 131a without a matching circuit creates a model including an antenna and a line according to the model condition data input via the input unit 110. The antenna created by the antenna model creation unit 131a without a matching circuit includes a plurality of antenna elements. As described above, the model condition data input via the input unit 110 includes data on the model shape, model material, wave source, circuit components, analysis conditions, and analysis output items.
線路モデル作成部132aは、入力部110を介して入力されたモデルの条件データに従って、線路のモデルを作成する。 The line model creation unit 132 a creates a line model according to the model condition data input via the input unit 110.
step102において、シミュレーション実行部131bは、整合回路なしアンテナモデル作成部131aにより作成された、アンテナ単体モデルに対してシミュレーションを実行し、アンテナ特性を取得する。また、シミュレーション実行部131bは、整合回路なしアンテナモデル作成部131aにより作成された、アンテナおよび線路を含むモデルに対してシミュレーションを実行し、アンテナ特性を取得する。 In step 102, the simulation execution unit 131b performs a simulation on the single antenna model created by the antenna model creation unit 131a without a matching circuit, and acquires antenna characteristics. Moreover, the simulation execution part 131b performs a simulation with respect to the model containing the antenna and the line | wire produced by the antenna model creation part 131a without a matching circuit, and acquires an antenna characteristic.
具体的には、シミュレーション実行部131bは、アンテナに含まれる第1のアンテナ素子に給電し、第2のアンテナ素子の給電電圧を0Vにしたケース1のアンテナ特性をシミュレーションにより取得する。また、シミュレーション実行部131bは、アンテナに含まれる第2のアンテナ素子に給電し、第1のアンテナ素子の給電電圧を0Vにしたケース2のアンテナ特性をシミュレーションにより取得する。 Specifically, the simulation execution unit 131b obtains the antenna characteristics of Case 1 by feeding power to the first antenna element included in the antenna and setting the feeding voltage of the second antenna element to 0 V by simulation. In addition, the simulation execution unit 131b supplies power to the second antenna element included in the antenna, and acquires the antenna characteristics of case 2 in which the power supply voltage of the first antenna element is 0 V by simulation.
シミュレーション実行部131bによるシミュレーションにおいて、アンテナ素子に給電されていないポートの基準インピーダンスは、入力部110を介して入力された任意の設定値であってよい。 In the simulation by the simulation execution unit 131b, the reference impedance of the port that is not supplied with power to the antenna element may be any set value input via the input unit 110.
また、式(14)および式(29)等を示して前述したように、実施形態に従った整合回路付きアンテナモデルのアンテナ特性の計算処理には、給電されていないアンテナ素子のポートの基準インピーダンスと給電されたアンテナ素子のポートの基準インピーダンスとが同じ値であるケースのアンテナ特性が用いられる。そこで、こうした計算処理に用いるために、シミュレーション実行部131bは、給電されていないアンテナ素子のポートの基準インピーダンスと給電されたアンテナ素子のポートの基準インピーダンスとが同じ値であるケースのシミュレーションをも実行する。 In addition, as described above with Expression (14) and Expression (29), etc., in the antenna characteristic calculation processing of the antenna model with a matching circuit according to the embodiment, the reference impedance of the port of the antenna element that is not fed is used. And the antenna characteristic of the case where the reference impedance of the port of the fed antenna element has the same value. Therefore, for use in such calculation processing, the simulation execution unit 131b also executes a simulation of a case where the reference impedance of the port of the antenna element that is not fed and the reference impedance of the port of the fed antenna element are the same value. To do.
シミュレーション実行部131bが取得するアンテナ特性には、入力部110の入力により設定された周波数ごとのインピーダンス、Sパラメータ、放射効率、およびトータル効率が含まれる。シミュレーション実行部131bにより取得されたアンテナ単体のモデルに対するケース1および2のアンテナ特性は、アンテナ特性ファイル121にそれぞれ格納される。 The antenna characteristics acquired by the simulation execution unit 131b include impedance, S parameter, radiation efficiency, and total efficiency for each frequency set by the input of the input unit 110. The antenna characteristics of cases 1 and 2 with respect to the model of the single antenna acquired by the simulation execution unit 131b are stored in the antenna characteristic file 121, respectively.
線路特性計算部132bは、線路モデル作成部132aにより作成された線路のモデルを用いて線路の特性を計算する。計算される線路の特性には、入力部110の入力により設定された周波数ごとの線路のインピーダンス、伝達係数(減衰定数および位相定数)が含まれる。線路特性計算部132bにより計算された線路の特性は、線路特性ファイル122に格納される。 The line characteristic calculation unit 132b calculates line characteristics using the line model created by the line model creation unit 132a. The calculated line characteristics include a line impedance and a transfer coefficient (attenuation constant and phase constant) for each frequency set by the input of the input unit 110. The line characteristics calculated by the line characteristic calculation unit 132 b are stored in the line characteristic file 122.
step103〜step111では、アンテナに含まれるアンテナ素子毎の繰り返しの処理が実行される。 In step 103 to step 111, repeated processing is performed for each antenna element included in the antenna.
具体的には、step104では、シミュレーション結果判定部131cは、シミュレーション実行部131bにより取得された、アンテナおよび線路を含むモデルの第1のアンテナ素子(i=1)のトータル効率ηtが所望の規格値以上であるか否かを判定する。すなわち、シミュレーション結果判定部131cは、ケース1での第1のアンテナ素子のトータル効率ηtが所望の規格値以上であるか否かを判定する。 Specifically, in step 104, the simulation result determination unit 131c determines that the total efficiency η t of the first antenna element (i = 1) of the model including the antenna and the line acquired by the simulation execution unit 131b is a desired standard. It is determined whether or not it is greater than or equal to the value. That is, the simulation result determination unit 131c determines whether or not the total efficiency η t of the first antenna element in Case 1 is equal to or greater than a desired standard value.
step104においてトータル効率ηtが所望の規格値以上であると判定される場合(step104で“NO”)には、アンテナ設計処理は、step111に進む。
step104においてトータル効率ηtが所望の規格値未満であると判定される場合(step104で“YES”)には、アンテナ設計処理は、step105に進む。
If it is determined in step 104 that the total efficiency η t is greater than or equal to the desired standard value (“NO” in step 104), the antenna design process proceeds to step 111.
If it is determined in step 104 that the total efficiency η t is less than the desired standard value (“YES” in step 104), the antenna design process proceeds to step 105.
step105において、表示部140は、整合回路を含むアンテナモデルを設計するためのツール画面を表示する。 In step 105, the display unit 140 displays a tool screen for designing an antenna model including a matching circuit.
図24は、整合回路付きアンテナモデル設計ツールの表示画面の一例である。
図24に示すように、表示画面800には、アンテナ特性ファイル121のファイル名を表示する領域810、ならびにアンテナおよび線路を含むモデルに追加される整合素子の特性を表示する領域820を含む。また、表示画面800には、追加された整合素子を含む整合回路付きアンテナモデルに対する計算結果を表示する領域830が含まれる。
FIG. 24 is an example of a display screen of the antenna model design tool with a matching circuit.
As shown in FIG. 24, the display screen 800 includes an area 810 for displaying the file name of the antenna characteristic file 121 and an area 820 for displaying the characteristics of the matching element added to the model including the antenna and the line. The display screen 800 includes an area 830 for displaying a calculation result for the antenna model with a matching circuit including the added matching element.
アンテナに含まれるアンテナ素子毎のアンテナ特性ファイル121のファイル名が入力部110を介して入力されると、入力されたアンテナ素子毎のアンテナ特性ファイルのファイル名が領域810に表示される。整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、入力されたアンテナ特性ファイル121に格納された周波数ごとのアンテナインピーダンス、Sパラメータ、および放射効率をインポートする。 When the file name of the antenna characteristic file 121 for each antenna element included in the antenna is input via the input unit 110, the file name of the input antenna characteristic file for each antenna element is displayed in the area 810. The antenna model creation unit with matching circuit 133a imports the antenna impedance, S parameter, and radiation efficiency for each frequency stored in the input antenna characteristic file 121.
実施形態によっては、アンテナ素子毎のアンテナ特性が入力部110を介して個別に入力される。入力されたアンテナ特性は、領域810にそれぞれ表示される。整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、個別に入力されたアンテナ特性をインポートする。 Depending on the embodiment, antenna characteristics for each antenna element are individually input via the input unit 110. The input antenna characteristics are displayed in area 810, respectively. The antenna model creation unit 133a with a matching circuit imports individually input antenna characteristics.
整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、実施形態によっては、インポートされたアンテナ単体モデルのSパラメータに基づいて、各アンテナ素子に接続される整合回路の所望の回路構成を算出する。また、整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、実施形態によっては、入力部110を介して入力された各整合回路の回路構成のデータを取得する。整合回路付きアンテナモデル作成部133aにより算出または取得された各整合回路の回路構成は、表示部140によりツール画面上に表示されるように構成してもよい。 In some embodiments, the antenna model creation unit with matching circuit 133a calculates a desired circuit configuration of the matching circuit connected to each antenna element based on the S parameter of the imported antenna model. In addition, the antenna model creation unit 133a with a matching circuit acquires circuit configuration data of each matching circuit that is input via the input unit 110 in some embodiments. The circuit configuration of each matching circuit calculated or obtained by the antenna model creation unit with matching circuit 133a may be configured to be displayed on the tool screen by the display unit 140.
整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、算出または取得された回路構成に従って、使用条件に適合する、各整合回路を構成する整合素子を決定する。整合素子の使用条件は、入力部110を介した入力によって整合回路付きアンテナモデル作成部133aに予め取得されている。 The matching circuit-equipped antenna model creation unit 133a determines matching elements that constitute each matching circuit that conforms to the use conditions in accordance with the calculated or acquired circuit configuration. The use conditions of the matching element are acquired in advance by the antenna model creation unit 133a with a matching circuit by an input via the input unit 110.
実施形態によっては、各整合回路を構成する整合素子の特性が入力部110を介して入力され、入力された整合素子の特性が領域820に表示される。例えば、整合素子がコンデンサの場合には、静電容量、等価直列インダクタンス(Equivalent Series Resistance、ESR)、等価直列抵抗(Equivalent Series Inductance、ESL)が入力され、入力されたこれらの特性が領域820に表示される。整合素子がインダクタの場合には、インダクタンス、付随静電容量、付随抵抗が入力され、入力されたこれらの特性が領域820に表示される。整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、入力部110を介して入力された整合素子を使用条件に適合する整合素子として決定する。 Depending on the embodiment, characteristics of matching elements constituting each matching circuit are input via the input unit 110, and the characteristics of the input matching elements are displayed in the region 820. For example, when the matching element is a capacitor, an electrostatic capacity, an equivalent series inductance (ESR), and an equivalent series resistance (ESL) are input, and these input characteristics are input to the region 820. Is displayed. When the matching element is an inductor, an inductance, an accompanying capacitance, and an accompanying resistance are inputted, and these inputted characteristics are displayed in a region 820. The matching circuit-equipped antenna model creation unit 133a determines the matching element input via the input unit 110 as a matching element that meets the usage conditions.
また、実施形態によっては、整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、整合素子データファイル124に格納された整合素子のデータを参照することによって使用条件に適合する整合素子を決定する。 In some embodiments, the matching circuit-equipped antenna model creation unit 133a refers to matching element data stored in the matching element data file 124 to determine a matching element that meets the usage conditions.
整合素子の種別がコンデンサの場合、整合素子データファイル124には、整合素子名、メーカー名、サイズ、静電容量、等価直列インダクタンス、等価直列抵抗、耐圧、および価格に関するデータが含まれる。 When the type of the matching element is a capacitor, the matching element data file 124 includes data on the matching element name, manufacturer name, size, capacitance, equivalent series inductance, equivalent series resistance, withstand voltage, and price.
コンデンサには、静電容量の他に、損失抵抗成分である等価直列抵抗と寄生リアクタンス成分である等価直列インダクタンスとが含まれる。実施形態では、コンデンサの静電容量に加えて等価直列インダクタンスおよび等価直列抵抗を加味して、整合回路付きのアンテナモデルのアンテナ特性を計算する。そこで、等価直列インダクタンスおよび等価直列抵抗に関するデータが整合素子データファイル124に格納されるようにする。 In addition to the capacitance, the capacitor includes an equivalent series resistance that is a loss resistance component and an equivalent series inductance that is a parasitic reactance component. In the embodiment, the antenna characteristics of the antenna model with a matching circuit are calculated in consideration of the equivalent series inductance and the equivalent series resistance in addition to the capacitance of the capacitor. Therefore, data regarding the equivalent series inductance and equivalent series resistance is stored in the matching element data file 124.
整合素子の種別がインダクタの場合、整合素子データファイルには、整合素子名、メーカー名、サイズ、インダクタンス、付随静電容量、付随抵抗、耐圧、および価格に関するデータが含まれる。 When the type of the matching element is an inductor, the matching element data file includes data on the matching element name, manufacturer name, size, inductance, accompanying capacitance, accompanying resistance, withstand voltage, and price.
インダクタには、インダクタンスの他に、損失抵抗成分である付随抵抗と寄生リアクタンス成分である付随静電容量とが含まれる。実施形態では、インダクタのインダクタンスに加えて付随静電容量および付随抵抗を加味して、整合回路付きのアンテナモデルのアンテナ特性を計算する。そこで、付随静電容量および付随抵抗に関するデータが整合素子データファイル124に格納されるようにする。 In addition to the inductance, the inductor includes an accompanying resistance that is a loss resistance component and an accompanying capacitance that is a parasitic reactance component. In the embodiment, the antenna characteristics of the antenna model with a matching circuit are calculated by taking into account the accompanying capacitance and the accompanying resistance in addition to the inductance of the inductor. Therefore, data relating to the accompanying capacitance and the accompanying resistance is stored in the matching element data file 124.
整合素子データファイルを参照して使用条件に適合する整合素子を決定する場合には、整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、まず、整合素子データファイル124を静電容量またはインダクタンスについて昇順または降順に並べ替える。また、整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、静電容量またはインダクタンスが同じ整合素子が存在する場合には、整合素子の価格について昇順または降順に並べ替える。そして、整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、整合素子データファイル124の中から、サイズおよび耐圧が整合素子の使用条件に適合する整合素子を選択する。サイズおよび耐圧が同じ整合素子が整合素子データファイル124中に存在する場合には、整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、価格の値が小さい整合素子を選択する。 When determining a matching element that matches a use condition with reference to the matching element data file, the antenna model creation unit 133a with a matching circuit firstly uses the matching element data file 124 in ascending order or descending order for capacitance or inductance. Rearrange. Further, when there are matching elements having the same capacitance or inductance, the antenna model creation unit with matching circuit 133a sorts the prices of the matching elements in ascending or descending order. Then, the antenna model creation unit 133a with a matching circuit selects a matching element whose size and breakdown voltage match the matching element usage conditions from the matching element data file 124. When matching elements having the same size and breakdown voltage exist in the matching element data file 124, the antenna model creation unit 133a with a matching circuit selects a matching element having a small price value.
各整合回路を構成する整合素子が整合回路付きアンテナモデル作成部133aにより決定されると、決定された整合素子の種別、静電容量またはインダクタンス、損失抵抗、および寄生リアクタンスが領域820に表示される。 When the matching element constituting each matching circuit is determined by the antenna model creation unit 133a with a matching circuit, the type of the determined matching element, capacitance or inductance, loss resistance, and parasitic reactance are displayed in the area 820. .
実施形態によっては、整合回路付きアンテナモデル作成部133aにより算出または取得された整合回路が、アンテナに対して整合素子が並列に実装される回路である場合、表示部140は、アンテナに対して並列に実装される整合素子と接続するビア長hおよびビア径Dの各値の入力を促す表示をする。 In some embodiments, when the matching circuit calculated or obtained by the antenna model creation unit 133a with a matching circuit is a circuit in which matching elements are mounted in parallel to the antenna, the display unit 140 is parallel to the antenna. The display prompts the user to input the values of the via length h and the via diameter D connected to the matching element mounted on the board.
アンテナに対して並列に実装される整合素子と接続するビア長hおよびビア径Dの各値は、入力部110を介して入力される。アンテナ特性計算部133bは、入力されたビア長hおよびビア径Dの各値を用いて、ビアのインダクタンスを計算する。計算されたビアのインダクタンスをそのビアと接続する整合素子のリアクタンスに加算する。 Each value of the via length h and the via diameter D connected to the matching element mounted in parallel to the antenna is input via the input unit 110. The antenna characteristic calculation unit 133b calculates the inductance of the via using each value of the input via length h and the via diameter D. The calculated via inductance is added to the reactance of the matching element connected to the via.
整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、線路特性ファイル122に格納された周波数ごとの線路のインピーダンス、減衰定数、および位相定数をインポートする。 The antenna model creation unit 133a with a matching circuit imports the line impedance, attenuation constant, and phase constant for each frequency stored in the line characteristic file 122.
各アンテナ素子に接続される各線路の長さは、入力部110を介して入力される。実施形態によっては、周波数ごとの線路の特性インピーダンス、減衰定数α、および位相定数βは、入力部110を介して入力される。また、実施形態によっては、整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、線路特性ファイル122に格納された周波数ごとの線路の特性インピーダンス、減衰定数、および位相定数をインポートする。 The length of each line connected to each antenna element is input via the input unit 110. Depending on the embodiment, the characteristic impedance, attenuation constant α, and phase constant β of the line for each frequency are input via the input unit 110. In some embodiments, the antenna model creation unit 133a with a matching circuit imports the characteristic impedance, attenuation constant, and phase constant of the line for each frequency stored in the line characteristic file 122.
step106において、アンテナ特性計算部133bは、整合回路付きアンテナモデル作成部133aにより作成されたアンテナモデルのアンテナ特性を図2〜図7を参照しながら前述した計算方法に従って計算する。計算されるアンテナ特性には、Sパラメータ、放射効率η、およびトータル効率ηtが含まれる。アンテナ特性計算部133bによる計算結果は、計算処理データファイル123に格納される。 In step 106, the antenna characteristic calculation unit 133b calculates the antenna characteristic of the antenna model created by the antenna model creation unit 133a with a matching circuit according to the calculation method described above with reference to FIGS. The calculated antenna characteristics include S parameter, radiation efficiency η, and total efficiency η t . The calculation result by the antenna characteristic calculation unit 133 b is stored in the calculation processing data file 123.
また、アンテナ特性計算部133bは、整合回路付きアンテナモデルに含まれる線路および整合素子のそれぞれの消費電力を計算する。アンテナ特性計算部133bによる計算結果は、計算処理データファイル123に格納される。 The antenna characteristic calculator 133b calculates the power consumption of each of the line and the matching element included in the antenna model with a matching circuit. The calculation result by the antenna characteristic calculation unit 133 b is stored in the calculation processing data file 123.
図24に示すように、アンテナ特性計算部133bにより計算された整合回路付きアンテナモデルのSパラメータ、放射効率η、およびトータル効率ηtは、表示部140によって表示画面800の領域830に表示される。 As shown in FIG. 24, the S parameter, the radiation efficiency η, and the total efficiency η t of the antenna model with a matching circuit calculated by the antenna characteristic calculation unit 133b are displayed in the area 830 of the display screen 800 by the display unit 140. .
step107において、計算結果判定部133cは、アンテナ特性計算部133bにより計算されたトータル効率ηtが所望の規格値以上であるか否かを判定する。 In step 107, the calculation result determination unit 133c determines whether or not the total efficiency η t calculated by the antenna characteristic calculation unit 133b is equal to or greater than a desired standard value.
step107においてトータル効率ηtが所望の規格値以上であると判定される場合(step107で“NO”)には、アンテナ設計処理は、step111に進む。
step107においてトータル効率ηtが所望の規格値未満であると判定される場合(step107で“YES”)には、アンテナ設計処理は、step108に進む。
When it is determined in step 107 that the total efficiency η t is greater than or equal to a desired standard value (“NO” in step 107), the antenna design process proceeds to step 111.
If it is determined in step 107 that the total efficiency η t is less than the desired standard value (“YES” in step 107), the antenna design process proceeds to step 108.
step108では、計算結果判定部133cは、計算処理データファイル123に格納されている、各整合回路を構成する整合素子の消費電力を表示部140に表示させる。実施形態によっては、計算結果判定部133cは、各整合回路を構成する整合素子の消費電力を、アンテナ設計装置100に接続された印刷装置(図示せず)に印刷させる。 In step 108, the calculation result determination unit 133c causes the display unit 140 to display the power consumption of the matching elements constituting each matching circuit, which is stored in the calculation processing data file 123. Depending on the embodiment, the calculation result determination unit 133c causes the printing device (not shown) connected to the antenna design device 100 to print the power consumption of the matching elements constituting each matching circuit.
また、step108では、各整合回路を構成する整合素子を交換する処理が実行される。step108における整合素子の交換処理の詳細を図25に示す。 Further, in step 108, processing for exchanging matching elements constituting each matching circuit is executed. Details of the matching element replacement process in step 108 are shown in FIG.
図25は、整合素子の交換処理フローの例図である。
step201において、計算結果判定部133cは、全ての整合回路のn個(nは1以上の整数)の整合素子を消費電力が大きい順に並べ替え、並べ替えられた整合素子に1からnまでの整合素子番号を昇順に振る。また、計算結果判定部133cは、整合素子番号のカウント値jを1に設定する。
FIG. 25 is an example of a matching element exchange process flow.
In step 201, the calculation result determination unit 133c sorts n matching elements (n is an integer of 1 or more) of all matching circuits in descending order of power consumption, and matches the sorted matching elements from 1 to n. Assign element numbers in ascending order. In addition, the calculation result determination unit 133c sets the count value j of the matching element number to 1.
step202において、計算結果判定部133cは、カウント値jと同じj番の整合素子番号の整合素子と同一の静電容量またはインダクタンスであり、かつj番の整合素子番号の整合素子よりも損失抵抗が小さい整合素子を探索する。実施形態によっては、計算結果判定部133cは、整合素子データファイル124の中から該当する整合素子を探索する。 In step 202, the calculation result determination unit 133c has the same capacitance or inductance as the matching element having the same j-th matching element number as the count value j, and has a loss resistance higher than that of the matching element having the j-th matching element number. Search for a small matching element. Depending on the embodiment, the calculation result determination unit 133c searches the matching element data file 124 for a matching element.
step202において該当する整合素子が存在する場合(step202で“YES”)、step203の処理に進む。 If there is a matching element in step 202 (“YES” in step 202), the process proceeds to step 203.
step203において、整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、整合回路に含まれるj番の整合素子番号の整合素子を、計算結果判定部133cにより探索された整合素子に交換する。 In step 203, the antenna model creation unit 133a with a matching circuit replaces the matching element having the j-th matching element number included in the matching circuit with the matching element searched by the calculation result determination unit 133c.
step204において、アンテナ特性計算部133bは、整合回路付きアンテナモデル作成部133aにより整合素子が交換された整合回路を含むアンテナモデルのアンテナ特性を前述した実施形態に従った計算方法により計算する。 In step 204, the antenna characteristic calculation unit 133b calculates the antenna characteristic of the antenna model including the matching circuit in which the matching elements are replaced by the antenna model creation unit 133a with a matching circuit by the calculation method according to the above-described embodiment.
step205において、計算結果判定部133cは、整合素子が交換された整合回路を含むアンテナモデルのトータル効率ηtが所望の規格値以上であるか否かを判定する。 In step 205, the calculation result determination unit 133c determines whether or not the total efficiency η t of the antenna model including the matching circuit in which the matching elements are replaced is equal to or higher than a desired standard value.
step205においてトータル効率ηtが所望の規格値以上であると判定される場合(step205でNO”)には、アンテナ設計処理は、図23のstep111に進む。
step205においてトータル効率ηtが所望の規格値未満であると判定される場合(step205で“YES”)には、アンテナ設計処理は、step206に進む。
If it is determined in step 205 that the total efficiency η t is equal to or greater than the desired standard value (NO in step 205), the antenna design process proceeds to step 111 in FIG.
If it is determined in step 205 that the total efficiency η t is less than the desired standard value (“YES” in step 205), the antenna design process proceeds to step 206.
step202において該当する整合素子が存在しない場合(step202で“NO”)には、アンテナ設計処理は、step206に進む。 If there is no corresponding matching element in step 202 (“NO” in step 202), the antenna design process proceeds to step 206.
step206において、計算結果判定部133cは、カウント値jを1つインクリメントする。そして、step207において、カウント値jが全ての整合回路の整合素子数n以下であるか否かを判定する。 In step 206, the calculation result determination unit 133c increments the count value j by one. Then, in step 207, it is determined whether or not the count value j is less than or equal to the number n of matching elements in all matching circuits.
step207においてカウント値jが整合回路を構成する整合素子の数n以下であると判定される場合(step207で“YES”)には、step203に戻り、アンテナ設計処理は継続される。
step207においてカウント値jが整合回路を構成する整合素子の数nを越えると判定される場合(step207で“NO”)には、アンテナ設計処理は、図23のstep109に進む。
If it is determined in step 207 that the count value j is less than or equal to the number n of matching elements constituting the matching circuit (“YES” in step 207), the process returns to step 203 and the antenna design process is continued.
If it is determined in step 207 that the count value j exceeds the number n of matching elements constituting the matching circuit (“NO” in step 207), the antenna design process proceeds to step 109 in FIG.
図23のstep109において、計算結果判定部133cは、線路の線路長変更の可否の入力を促す表示を表示部140にさせる。そして、計算結果判定部133cは、入力部110を介して入力された線路の線路長変更の可否に従って、整合回路付きアンテナモデルに含まれる線路の線路長を変更可能か否かを決定する。 In step 109 of FIG. 23, the calculation result determination unit 133 c causes the display unit 140 to display a display prompting input of whether or not the track length can be changed. Then, the calculation result determination unit 133c determines whether or not the line length of the line included in the antenna model with a matching circuit can be changed according to whether or not the line length of the line input via the input unit 110 can be changed.
step109において線路の線路長が変更可能でない場合(step109で“NO”)には、アンテナ設計処理は、step112に進む。
step109において線路の線路長が変更可能である場合(step109で“YES”)には、アンテナ設計処理は、step110に進む。
If the line length of the line is not changeable in step 109 (“NO” in step 109), the antenna design process proceeds to step 112.
If the line length of the line can be changed in step 109 (“YES” in step 109), the antenna design process proceeds to step 110.
step110では、計算結果判定部133cは、計算処理データファイル123に格納されている、整合回路付きアンテナモデルを構成する各線路の消費電力を表示部140に表示させる。実施形態によっては、計算結果判定部133cは、整合回路付きアンテナモデルを構成する各線路の消費電力を、アンテナ設計装置100に接続された印刷装置(図示せず)に印刷させる。 In step 110, the calculation result determination unit 133c causes the display unit 140 to display the power consumption of each line constituting the antenna model with a matching circuit stored in the calculation processing data file 123. Depending on the embodiment, the calculation result determination unit 133c causes the printing device (not shown) connected to the antenna design device 100 to print the power consumption of each line constituting the antenna model with a matching circuit.
また、step110では、整合回路付きアンテナモデルを構成する各線路の線路長を変更する処理が実行される。step110における線路の線路長の変更処理の詳細を図26に示す。 In step 110, a process of changing the line length of each line constituting the antenna model with a matching circuit is executed. The details of the process of changing the line length of the line at step 110 are shown in FIG.
図26は、線路の線路長の変更処理フローの例図である。
step301において、計算結果判定部133cは、整合回路付きアンテナモデルを構成するm個(mは1以上の整数)の線路を消費電力が大きい順に並べ替え、並べ替えられた線路に1からmまでの線路番号を昇順に振る。また、計算結果判定部133cは、線路番号のカウント値kを1に設定する。
FIG. 26 is an example of a process flow for changing the line length of the line.
In step 301, the calculation result determination unit 133c rearranges m (m is an integer of 1 or more) lines constituting the antenna model with a matching circuit in descending order of power consumption, and sets 1 to m on the rearranged lines. Assign track numbers in ascending order. In addition, the calculation result determination unit 133c sets the count value k of the line number to 1.
step302において、計算結果判定部133cは、カウント値kと同じ線路番号を有する線路の線路長を短くする。計算結果判定部133cにより変更された線路長の長さは、例えば、その線路によって接続される回路素子同士が互いに接触しない長さである。 In step 302, the calculation result determination unit 133c shortens the line length of the line having the same line number as the count value k. The length of the line length changed by the calculation result determination unit 133c is, for example, a length in which circuit elements connected by the line do not contact each other.
step303において、計算結果判定部133cは、線路長の短縮に起因する線路のインピーダンスの位相変化に伴い、線路に接続された回路素子の変更が必要か否かを判定する。 In step 303, the calculation result determination unit 133c determines whether or not the circuit element connected to the line needs to be changed in accordance with the phase change of the impedance of the line due to the shortening of the line length.
step303において回路素子の変更が不要であると判定される場合(step303で“YES”)には、アンテナ設計処理は、step305に進む。
step303において回路素子の変更が必要であると判定される場合(step303で“NO”)には、アンテナ設計処理は、step304に進む。
If it is determined in step 303 that there is no need to change the circuit element (“YES” in step 303), the antenna design process proceeds to step 305.
If it is determined in step 303 that the circuit element needs to be changed (“NO” in step 303), the antenna design process proceeds to step 304.
step304では、回路素子の変更処理が実行される。step304において実行される回路素子の変更処理は、例えば、前述した整合回路付きアンテナモデル作成部133aによる整合回路の回路構成の算出処理および整合素子の選択処理である。 In step 304, a circuit element changing process is executed. The circuit element changing process executed in step 304 is, for example, a calculation process of the circuit configuration of the matching circuit and a matching element selection process by the above-described matching circuit-equipped antenna model creation unit 133a.
step305において、整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、step302における線路長の変更およびstep304における回路素子の変更に基づいて、線路長が変更された整合回路付きアンテナモデルを再作成する。アンテナ特性計算部133bは、整合回路付きアンテナモデル作成部133aにより再作成されたアンテナモデルのアンテナ特性を図2〜図7を参照しながら前述した計算方法に従って計算する。 In step 305, the matching-circuit-equipped antenna model creation unit 133 a re-creates the matching-circuit-equipped antenna model in which the line length is changed based on the change in the line length in step 302 and the change in the circuit element in step 304. The antenna characteristic calculation unit 133b calculates the antenna characteristics of the antenna model recreated by the antenna model creation unit 133a with a matching circuit according to the calculation method described above with reference to FIGS.
step306において、計算結果判定部133cは、線路長が変更された整合回路付きアンテナモデルのトータル効率ηtが所望の規格値以上であるか否かを判定する。
step306においてトータル効率ηtが所望の規格値以上であると判定される場合(step306で“NO”)には、アンテナ設計処理は、図23のstep111に進む。
In step 306, the calculation result determination unit 133c determines whether or not the total efficiency η t of the antenna model with a matching circuit whose line length is changed is equal to or greater than a desired standard value.
If it is determined in step 306 that the total efficiency η t is greater than or equal to the desired standard value (“NO” in step 306), the antenna design process proceeds to step 111 in FIG.
step306においてトータル効率ηtが所望の規格値未満であると判定される場合(step306で“YES”)には、アンテナ設計処理は、step307に進む。 If it is determined in step 306 that the total efficiency η t is less than the desired standard value (“YES” in step 306), the antenna design process proceeds to step 307.
step307において、計算結果判定部133cは、カウント値kを1つインクリメントする。そして、step308において、カウント値kが整合回路付きアンテナモデルを構成する線路の数m以下であるか否かを判定する。 In step 307, the calculation result determination unit 133c increments the count value k by one. In step 308, it is determined whether or not the count value k is equal to or less than the number m of lines forming the antenna model with a matching circuit.
step308においてカウント値kが線路数m以下であると判定される場合(step308で“YES”)には、step302に戻り、アンテナ設計処理は継続される。
step308においてカウント値jが線路の数mを越えると判定される場合(step308で“NO”)には、アンテナ設計処理は、図23のstep112に進む。
If it is determined in step 308 that the count value k is equal to or less than the number of lines m (“YES” in step 308), the process returns to step 302 and the antenna design process is continued.
When it is determined in step 308 that the count value j exceeds the number m of lines (“NO” in step 308), the antenna design process proceeds to step 112 in FIG.
図23のstep111では、アンテナ素子のカウント値iを1つインクリメントする。そして、第2のアンテナ素子(i=2)についてstep104〜step110の繰り返しの処理が実行される。 In step 111 in FIG. 23, the count value i of the antenna element is incremented by one. Then, the repetition process of step 104 to step 110 is executed for the second antenna element (i = 2).
第2のアンテナ素子(i=2)についての繰り返しの処理が実行されると、step112に進み、アンテナ設計処理は終了する。 When the iterative process for the second antenna element (i = 2) is executed, the process proceeds to step 112, and the antenna design process ends.
step103〜step111の繰り返し処理中にトータル効率が規格値以上であるとすべてのアンテナ素子に対して判定されて、step112に進んだ場合には、整合回路付きアンテナモデル作成部133aにより作成されたアンテナモデルに基づいて、アンテナの試作または製造が行なわれる。 If it is determined for all antenna elements that the total efficiency is equal to or greater than the standard value during the repetition process of step 103 to step 111 and the process proceeds to step 112, the antenna model created by the antenna model creation unit 133a with a matching circuit is created. Based on the above, the prototype or manufacture of the antenna is performed.
一方、step109の処理の後にstep112に進んだ場合およびstep308の処理後にstep112に進んだ場合には、実施形態によっては、step101に戻って入力部110により入力されるアンテナモデルのサイズや位置などの基本的な設計条件データが変更され、実施形態に従ったアンテナ設計処理が再度行われる。また、実施形態によっては、step105に戻り、整合素子のサイズ等の整合素子の使用条件が変更され、実施形態に従ったアンテナ設計処理が再度行われる。 On the other hand, when the process proceeds to step 112 after the process of step 109 and when the process proceeds to step 112 after the process of step 308, the basics such as the size and position of the antenna model that is returned to step 101 and input by the input unit 110 depending on the embodiment. The design condition data is changed, and the antenna design process according to the embodiment is performed again. Also, depending on the embodiment, the process returns to step 105, the use conditions of the matching element such as the size of the matching element are changed, and the antenna design process according to the embodiment is performed again.
なお、図23〜図26を参照しながら前述したアンテナ設計処理フローは、一例にすぎず、実施形態がこれに限定されることを意図するものではない。例えば、前述したアンテナ設計処理フローに以下の変更を追加することも可能である。 Note that the antenna design processing flow described above with reference to FIGS. 23 to 26 is merely an example, and the embodiment is not intended to be limited thereto. For example, the following changes can be added to the above-described antenna design processing flow.
まず、アンテナ設計処理フローのstep101では、入力部110は、アンテナモデルの条件データとして、前述した各種データに加えて、整合回路の回路構成に関するデータを入力する。 First, in step 101 of the antenna design processing flow, the input unit 110 inputs data related to the circuit configuration of the matching circuit, in addition to the various data described above, as the antenna model condition data.
step105では、整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、入力部110により入力された整合回路の回路構成に関するデータに従って、寄生リアクタンス成分および損失抵抗成分を含まない整合素子により構成される整合回路のモデルを作成する。そして、整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、作成された整合回路付きのアンテナモデル対するシミュレーションをシミュレーション実行部131bに実行させ、最適な回路定数を取得する。 In step 105, the antenna model creation unit 133a with a matching circuit generates a matching circuit model including matching elements that do not include the parasitic reactance component and the loss resistance component according to the data regarding the circuit configuration of the matching circuit input by the input unit 110. create. Then, the antenna model creation unit 133a with a matching circuit causes the simulation execution unit 131b to execute a simulation for the created antenna model with a matching circuit, and acquires an optimum circuit constant.
整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、シミュレーション実行部131bにより取得された回路定数に従って、整合回路を構成する整合素子を決定する。実施形態によっては、整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、整合素子データファイルを参照して整合素子を決定する。また、実施形態によっては、整合回路付きアンテナモデル作成部133aは、入力部110を介して入力された整合素子のデータに基づいて整合素子を決定する。 The antenna model creation unit 133a with a matching circuit determines matching elements constituting the matching circuit in accordance with the circuit constant acquired by the simulation execution unit 131b. Depending on the embodiment, the antenna model creation unit 133a with a matching circuit determines a matching element with reference to the matching element data file. In some embodiments, the antenna model creation unit 133a with a matching circuit determines a matching element based on matching element data input via the input unit 110.
step106では、アンテナ特性計算部133bは、整合回路付きアンテナモデル作成部133aにより決定された整合素子により構成される整合回路を含むアンテナモデルのアンテナ特性を、前述した実施形態に従った計算方法によって計算する。 In step 106, the antenna characteristic calculation unit 133b calculates the antenna characteristic of the antenna model including the matching circuit constituted by the matching elements determined by the antenna model creation unit 133a with a matching circuit by the calculation method according to the above-described embodiment. To do.
また、前述した実施形態では、アンテナ設計装置100が実行するアンテナ設計方法を説明した。しかしながら、前述したアンテナ設計装置100が有する構成および処理機能を、アンテナ設計プログラムというソフトウェアによって実現することも可能である。したがって、アンテナ設計装置100が実行するアンテナ設計処理と同様のアンテナ設計処理を、アンテナ設計プログラムを実行するコンピュータによって実現することも可能である。 In the above-described embodiment, the antenna design method executed by the antenna design apparatus 100 has been described. However, the configuration and processing functions of the antenna design apparatus 100 described above can also be realized by software called an antenna design program. Therefore, the same antenna design process as the antenna design process executed by the antenna design apparatus 100 can be realized by a computer that executes the antenna design program.
図27は、実施形態に従ったアンテナ設計プログラムを実行するコンピュータのハードウェア構成図である。
図27に示すように、コンピュータ900には、入力装置901、読み取り装置902、通信インタフェース903、ハードディスク(HDD)904、Central Processing Unit(CPU)905、Random Access Memory(RAM)906、Read Only Memory(ROM)907、表示装置908、およびバス909が含まれる。コンピュータ900に含まれる装置901〜908は、バス909によって相互に接続される。
FIG. 27 is a hardware configuration diagram of a computer that executes an antenna design program according to the embodiment.
As shown in FIG. 27, a computer 900 includes an input device 901, a reading device 902, a communication interface 903, a hard disk (HDD) 904, a central processing unit (CPU) 905, a random access memory (RAM) 906, a read only memory ( ROM) 907, a display device 908, and a bus 909 are included. Devices 901 to 908 included in the computer 900 are connected to each other by a bus 909.
入力装置901は、コンピュータ900のユーザが行なった操作を検出する装置であり、例えば、マウスおよびキーボードである。 The input device 901 is a device that detects an operation performed by a user of the computer 900, and is, for example, a mouse and a keyboard.
読み取り装置902は、磁気ディスク、光ディスク、および光磁気ディスク等の可変記録媒体に含まれるプログラムおよびデータを読み出す装置であり、例えば、Compact Disc/Digital Versatile Disc(CD/DVD)ドライブである。通信インタフェース903は、Local Area Network(LAN)等の通信ネットワークにコンピュータ900を接続するためのインタフェースである。HDD904は、CPU905が実行するプログラムおよびデータを記憶する記憶装置である。 The reading device 902 is a device that reads a program and data contained in a variable recording medium such as a magnetic disk, an optical disk, and a magneto-optical disk, and is, for example, a Compact Disc / Digital Versatile Disc (CD / DVD) drive. The communication interface 903 is an interface for connecting the computer 900 to a communication network such as a local area network (LAN). The HDD 904 is a storage device that stores programs executed by the CPU 905 and data.
実施形態に従ったアンテナ設計プログラムは、可変記録媒体に記録されたアンテナ設計プログラムを読み取り装置902が読み取ることによって、HDD904にインストールされる。または、実施形態に従ったアンテナ設計プログラムは、他のコンピュータ装置(図示せず)に格納されたアンテナ設計プログラムを通信インタフェース903を介してコンピュータ900が取得することによって、HDD904にインストールされる。 The antenna design program according to the embodiment is installed in the HDD 904 when the reading device 902 reads the antenna design program recorded on the variable recording medium. Alternatively, the antenna design program according to the embodiment is installed in the HDD 904 when the computer 900 acquires the antenna design program stored in another computer device (not shown) via the communication interface 903.
CPU905は、アンテナ設計プログラムをHDD904からRAM906に読み出してアンテナ設計プログラムを実行することによって、実施形態に従ったアンテナ設計処理を実行する処理装置である。 The CPU 905 is a processing device that executes the antenna design process according to the embodiment by reading the antenna design program from the HDD 904 to the RAM 906 and executing the antenna design program.
RAM906は、HDD904から読み出されたアンテナ設計プログラムの実行途中結果を記憶するメモリである。ROM907は、定数データ等を記憶する読み出し専用メモリである。 The RAM 906 is a memory that stores the execution result of the antenna design program read from the HDD 904. The ROM 907 is a read-only memory that stores constant data and the like.
表示装置908は、CPU905の処理結果等を表示する装置であり、例えば、液晶ディスプレイ装置である。 The display device 908 is a device that displays the processing result of the CPU 905 and the like, for example, a liquid crystal display device.
以上の説明のように、整合素子の損失およびアンテナ素子間の相互作用が加味されたアンテナ特性は、アンテナ単体の特性、整合素子の特性を用いて解析的手法により計算される。また、整合素子の損失およびアンテナ素子間の相互作用に加えて、線路の損失が加味されたアンテナ特性は、アンテナ単体の特性、整合素子の特性、および線路の特性を用いて解析的手法により計算される。 As described above, the antenna characteristics including the loss of the matching element and the interaction between the antenna elements are calculated by an analytical method using the characteristics of the antenna alone and the characteristics of the matching element. In addition to the matching element loss and the interaction between antenna elements, the antenna characteristics including the line loss are calculated by an analytical method using the characteristics of the antenna alone, the matching element characteristics, and the line characteristics. Is done.
したがって、実施形態に従ったアンテナ特性計算方法に従えば、シミュレーションにより取得する場合と比較して、アンテナ素子間の相互作用や上述のような回路素子の損失が加味されたアンテナ特性を短時間で取得することができ、所望のアンテナ設計を迅速かつ効率的に行なうことができる。 Therefore, according to the antenna characteristic calculation method according to the embodiment, the antenna characteristic including the interaction between the antenna elements and the loss of the circuit element as described above can be obtained in a short time compared to the case of obtaining by simulation. The desired antenna design can be performed quickly and efficiently.
また、実施形態では、整合素子の損失およびアンテナ素子間の相互作用が加味されたアンテナモデルのトータル効率が所望の規格値を満足するように、アンテナモデルに含まれる回路素子がアンテナ設計処理中に適宜変更される。また、実施形態では、整合素子の損失、線路の損失、およびアンテナ素子間の相互作用が加味されたアンテナモデルのトータル効率が所望の規格値を満足するように、アンテナモデルに含まれる回路素子がアンテナ設計処理中に適宜変更される。 In the embodiment, the circuit elements included in the antenna model are subjected to the antenna design process so that the total efficiency of the antenna model that takes into account the loss of the matching element and the interaction between the antenna elements satisfies a desired standard value. It is changed appropriately. In the embodiment, the circuit elements included in the antenna model satisfy the desired standard value so that the total efficiency of the antenna model including the loss of the matching element, the loss of the line, and the interaction between the antenna elements satisfies a desired standard value. It is changed as appropriate during the antenna design process.
したがって、実施形態に従ったアンテナ特性計算方法に従えば、上述のようなアンテナ素子間の相互作用や回路素子の損失が加味されたアンテナ設計処理を効率的に行なうことができる。 Therefore, according to the antenna characteristic calculation method according to the embodiment, it is possible to efficiently perform the antenna design process in consideration of the interaction between the antenna elements and the loss of the circuit elements as described above.
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
複数のアンテナ素子を含むアンテナと、前記複数のアンテナ素子にそれぞれ接続される整合回路であって、寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含む整合素子により構成される前記整合回路とを含むアンテナモデルを作成し、
前記アンテナの特性および前記整合素子の特性を取得し、
作成された前記アンテナモデルの特性を、取得された前記アンテナの特性および前記整合素子の特性を用いて計算し、
計算された前記アンテナモデルの特性が所望の規格値を満たすか否かを判定し、
判定された結果を表示する
処理をコンピュータが実行するアンテナ設計方法。
(付記2)
前記アンテナの特性は、前記アンテナのSパラメータを含み、前記整合素子の特性は、前記整合素子のインピーダンスを含み、前記アンテナモデルの特性は、前記アンテナモデルのSパラメータを含み、
前記コンピュータは、前記アンテナのSパラメータを用いて前記アンテナのFパラメータを計算し、前記整合素子のインピーダンスを用いて前記整合回路のFパラメータを計算し、計算された前記アンテナのFパラメータおよび前記整合回路のFパラメータを用いて前記アンテナモデルのSパラメータを計算する、付記1に記載のアンテナ設計方法。
(付記3)
前記アンテナモデルの特性は、前記アンテナモデルのトータル効率を含み、
前記コンピュータは、前記アンテナの放射効率および前記アンテナの損失の和と前記放射効率との比が、前記アンテナ単体のモデルと前記アンテナモデルとで同じであるとみなして、前記アンテナモデルの前記トータル効率を計算する、付記2に記載のアンテナ設計方法。
(付記4)
前記整合素子が前記アンテナに対して並列に実装される場合、前記コンピュータは、前記整合素子と接続されるビアのインダクタンスを計算し、計算された前記ビアのインダクタンスを用いて前記アンテナモデルの特性を計算する、付記1〜3の何れか一項に記載のアンテナ設計方法。
(付記5)
前記コンピュータは、前記整合回路を構成する前記整合素子を、前記整合素子の使用条件に関するデータを含む整合素子データファイルを参照することにより選択する、付記1〜4の何れか一項に記載のアンテナ設計方法。
(付記6)
前記コンピュータは、前記アンテナモデルの特性が前記所望の規格値を満さないと判定する場合には、前記整合素子の消費電力を表示する、付記1〜5の何れか一項記載のアンテナ設計方法。
(付記7)
前記コンピュータは、
前記アンテナおよび前記整合回路に加えて、前記複数のアンテナ素子にそれぞれ接続される線路を含むアンテナモデルを作成し、
前記線路の特性を取得し、
作成された前記アンテナモデルの特性を、前記アンテナの特性および前記整合素子の特性に加えて、前記線路の特性を用いて計算する、
付記1に記載のアンテナ設計方法。
(付記8)
複数のアンテナ素子を含むアンテナと、前記複数のアンテナ素子にそれぞれ接続される整合回路であって、寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含む整合素子により構成される前記整合回路とを含むアンテナモデルを作成する整合回路付きアンテナモデル作成部と、
前記アンテナの特性および前記整合素子の特性を取得し、取得された前記アンテナの特性および前記整合素子の特性を用いて前記整合回路付きアンテナモデル作成部により作成された前記アンテナモデルの特性を計算するアンテナ特性計算部と、
前記アンテナ特性計算部により計算された前記アンテナモデルの特性が所望の規格値を満たすか否かを判定する計算結果判定部と、
前記計算結果判定部により判定された結果を表示する表示部と、
を含むアンテナ設計装置。
(付記9)
前記アンテナの特性は、前記アンテナのSパラメータを含み、前記整合素子の特性は、前記整合素子のインピーダンスを含み、前記アンテナモデルの特性は、前記アンテナモデルのSパラメータを含み、
前記アンテナ特性計算部は、前記アンテナのSパラメータを用いて前記アンテナのFパラメータを計算し、前記整合素子のインピーダンスを用いて前記整合回路のFパラメータを計算し、計算された前記アンテナのFパラメータおよび前記整合回路のFパラメータを用いて前記アンテナモデルのSパラメータを計算する、付記8に記載のアンテナ設計装置。
(付記10)
前記アンテナモデルの特性は、前記アンテナモデルのトータル効率を含み、
前記アンテナ特性計算部は、前記アンテナの放射効率および前記アンテナの損失の和と前記放射効率との比が、前記アンテナ単体のモデルと前記アンテナモデルとで同じであるとみなして、前記アンテナモデルの前記トータル効率を計算する、付記9に記載のアンテナ設計装置。
(付記11)
前記整合素子が前記アンテナに対して並列に実装される場合、前記アンテナ特性計算部は、前記整合素子と接続されるビアのインダクタンスを計算し、計算された前記ビアのインダクタンスを用いて前記アンテナモデルの特性を計算する、付記8〜10の何れか一項に記載のアンテナ設計装置。
(付記12)
前記整合回路付きアンテナモデル作成部は、前記整合回路を構成する前記整合素子を、前記整合素子の使用条件に関するデータを含む整合素子データファイルを参照することにより選択する、付記8〜11の何れか一項に記載のアンテナ設計装置。
(付記13)
前記計算結果判定部は、前記アンテナモデルの特性が前記所望の規格値を満さないと判定する場合には、前記整合素子の消費電力を前記表示部に表示させる、付記8〜12の何れか一項記載のアンテナ設計装置。
(付記14)
前記整合回路付きアンテナモデル作成部は、前記アンテナおよび前記整合回路に加えて、前記複数のアンテナ素子にそれぞれ接続される線路を含むアンテナモデルを作成し、
前記アンテナ特性計算部は、前記線路の特性を取得し、作成された前記アンテナモデルの特性を、前記アンテナの特性および前記整合素子の特性に加えて、前記線路の特性を用いて計算する、
付記8に記載のアンテナ設計装置。
(付記15)
複数のアンテナ素子を含むアンテナと、前記複数のアンテナ素子にそれぞれ接続される整合回路であって、寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含む整合素子により構成される前記整合回路とを含むアンテナモデルを作成し、
前記アンテナの特性および前記整合素子の特性を取得し、
作成された前記アンテナモデルの特性を、取得された前記アンテナの特性および前記整合素子の特性を用いて計算し、
計算された前記アンテナモデルの特性が所望の規格値を満たすか否かを判定し、
判定された結果を表示する
処理をコンピュータに実行させるアンテナ設計プログラム。
(付記16)
前記アンテナの特性は、前記アンテナのSパラメータを含み、前記整合素子の特性は、前記整合素子のインピーダンスを含み、前記アンテナモデルの特性は、前記アンテナモデルのSパラメータを含み、
前記コンピュータは、前記アンテナのSパラメータを用いて前記アンテナのFパラメータを計算し、前記整合素子のインピーダンスを用いて前記整合回路のFパラメータを計算し、計算された前記アンテナのFパラメータおよび前記整合回路のFパラメータを用いて前記アンテナモデルのSパラメータを計算する、付記15に記載のアンテナ設計プログラム。
(付記17)
前記アンテナモデルの特性は、前記アンテナモデルのトータル効率を含み、
前記コンピュータは、前記アンテナの放射効率および前記アンテナの損失の和と前記放射効率との比が、前記アンテナ単体のモデルと前記アンテナモデルとで同じであるとみなして、前記アンテナモデルの前記トータル効率を計算する、付記16に記載のアンテナ設計プログラム。
(付記18)
前記整合素子が前記アンテナに対して並列に実装される場合、前記コンピュータは、前記整合素子と接続されるビアのインダクタンスを計算し、計算された前記ビアのインダクタンスを用いて前記アンテナモデルの特性を計算する、付記15〜17の何れか一項に記載のアンテナ設計プログラム。
(付記19)
前記コンピュータは、前記整合回路を構成する前記整合素子を、前記整合素子の使用条件に関するデータを含む整合素子データファイルを参照することにより選択する、付記15〜18の何れか一項に記載のアンテナ設計プログラム。
(付記20)
前記コンピュータは、前記アンテナモデルの特性が前記所望の規格値を満さないと判定する場合には、前記整合素子の消費電力を表示する、付記15〜19の何れか一項記載のアンテナ設計プログラム。
(付記21)
前記コンピュータは、
前記アンテナおよび前記整合回路に加えて、前記複数のアンテナ素子にそれぞれ接続される線路を含むアンテナモデルを作成し、
前記線路の特性を取得し、
作成された前記アンテナモデルの特性を、前記アンテナの特性および前記整合素子の特性に加えて、前記線路の特性を用いて計算する、
付記15に記載のアンテナ設計プログラム。
Regarding the above embodiment, the following additional notes are disclosed.
(Appendix 1)
Creating an antenna model including an antenna including a plurality of antenna elements and a matching circuit connected to each of the plurality of antenna elements, the matching circuit including a matching element including a parasitic reactance and a loss resistance;
Obtaining the characteristics of the antenna and the matching element;
Calculate the characteristics of the created antenna model using the acquired characteristics of the antenna and the characteristics of the matching element,
Determining whether the calculated characteristics of the antenna model satisfy a desired standard value;
An antenna design method in which a computer executes a process of displaying a determined result.
(Appendix 2)
The antenna characteristic includes an S parameter of the antenna, the matching element characteristic includes an impedance of the matching element, the antenna model characteristic includes an S parameter of the antenna model,
The computer calculates the F parameter of the antenna using the S parameter of the antenna, calculates the F parameter of the matching circuit using the impedance of the matching element, and calculates the calculated F parameter of the antenna and the matching The antenna design method according to appendix 1, wherein an S parameter of the antenna model is calculated using an F parameter of a circuit.
(Appendix 3)
The characteristics of the antenna model include the total efficiency of the antenna model,
The computer assumes that the ratio of the radiation efficiency of the antenna and the sum of the loss of the antenna and the radiation efficiency is the same for the model of the antenna alone and the antenna model, and the total efficiency of the antenna model The antenna design method according to attachment 2, wherein:
(Appendix 4)
When the matching element is mounted in parallel to the antenna, the computer calculates the inductance of the via connected to the matching element, and uses the calculated via inductance to determine the characteristics of the antenna model. The antenna design method according to any one of appendices 1 to 3, which is calculated.
(Appendix 5)
The antenna according to any one of appendices 1 to 4, wherein the computer selects the matching element that constitutes the matching circuit by referring to a matching element data file that includes data relating to a use condition of the matching element. Design method.
(Appendix 6)
The antenna design method according to any one of appendices 1 to 5, wherein when the computer determines that the characteristics of the antenna model do not satisfy the desired standard value, the computer displays power consumption of the matching element. .
(Appendix 7)
The computer
In addition to the antenna and the matching circuit, create an antenna model including lines connected to the plurality of antenna elements,
Get the characteristics of the line,
The characteristics of the created antenna model are calculated using the characteristics of the line in addition to the characteristics of the antenna and the characteristics of the matching element.
The antenna design method according to attachment 1.
(Appendix 8)
Matching for creating an antenna model including an antenna including a plurality of antenna elements and a matching circuit connected to each of the plurality of antenna elements, the matching circuit including a parasitic reactance and a loss resistance An antenna model generator with a circuit;
The characteristics of the antenna and the characteristics of the matching element are acquired, and the characteristics of the antenna model created by the antenna model creation unit with the matching circuit are calculated using the acquired characteristics of the antenna and the characteristics of the matching element. An antenna characteristic calculator,
A calculation result determination unit that determines whether or not the characteristics of the antenna model calculated by the antenna characteristic calculation unit satisfy a desired standard value;
A display unit for displaying a result determined by the calculation result determination unit;
Antenna design apparatus including
(Appendix 9)
The antenna characteristic includes an S parameter of the antenna, the matching element characteristic includes an impedance of the matching element, the antenna model characteristic includes an S parameter of the antenna model,
The antenna characteristic calculation unit calculates an F parameter of the antenna using an S parameter of the antenna, calculates an F parameter of the matching circuit using an impedance of the matching element, and calculates the calculated F parameter of the antenna. The antenna design device according to appendix 8, wherein an S parameter of the antenna model is calculated using an F parameter of the matching circuit.
(Appendix 10)
The characteristics of the antenna model include the total efficiency of the antenna model,
The antenna characteristic calculation unit assumes that the ratio of the radiation efficiency of the antenna and the sum of the loss of the antenna and the radiation efficiency is the same between the model of the antenna alone and the antenna model, and The antenna design apparatus according to appendix 9, wherein the total efficiency is calculated.
(Appendix 11)
When the matching element is mounted in parallel with the antenna, the antenna characteristic calculation unit calculates an inductance of a via connected to the matching element, and uses the calculated inductance of the via to calculate the antenna model. The antenna design device according to any one of appendices 8 to 10, which calculates the characteristics of
(Appendix 12)
The antenna model creation unit with a matching circuit selects any one of the matching elements constituting the matching circuit by referring to a matching element data file including data relating to use conditions of the matching elements. The antenna design device according to one item.
(Appendix 13)
If the calculation result determination unit determines that the characteristics of the antenna model do not satisfy the desired standard value, the calculation result determination unit displays the power consumption of the matching element on the display unit. The antenna design device according to one item.
(Appendix 14)
In addition to the antenna and the matching circuit, the antenna model creating unit with a matching circuit creates an antenna model including lines connected to the plurality of antenna elements,
The antenna characteristic calculation unit obtains the characteristics of the line, and calculates the characteristics of the created antenna model using the characteristics of the line in addition to the characteristics of the antenna and the characteristics of the matching element,
The antenna design device according to appendix 8.
(Appendix 15)
Creating an antenna model including an antenna including a plurality of antenna elements and a matching circuit connected to each of the plurality of antenna elements, the matching circuit including a matching element including a parasitic reactance and a loss resistance;
Obtaining the characteristics of the antenna and the matching element;
Calculate the characteristics of the created antenna model using the acquired characteristics of the antenna and the characteristics of the matching element,
Determining whether the calculated characteristics of the antenna model satisfy a desired standard value;
An antenna design program for causing a computer to execute a process for displaying a determined result.
(Appendix 16)
The antenna characteristic includes an S parameter of the antenna, the matching element characteristic includes an impedance of the matching element, the antenna model characteristic includes an S parameter of the antenna model,
The computer calculates the F parameter of the antenna using the S parameter of the antenna, calculates the F parameter of the matching circuit using the impedance of the matching element, and calculates the calculated F parameter of the antenna and the matching The antenna design program according to appendix 15, wherein an S parameter of the antenna model is calculated using an F parameter of a circuit.
(Appendix 17)
The characteristics of the antenna model include the total efficiency of the antenna model,
The computer assumes that the ratio of the radiation efficiency of the antenna and the sum of the loss of the antenna and the radiation efficiency is the same for the model of the antenna alone and the antenna model, and the total efficiency of the antenna model The antenna design program according to appendix 16, which calculates
(Appendix 18)
When the matching element is mounted in parallel to the antenna, the computer calculates the inductance of the via connected to the matching element, and uses the calculated via inductance to determine the characteristics of the antenna model. The antenna design program according to any one of appendices 15 to 17, which is calculated.
(Appendix 19)
The antenna according to any one of appendices 15 to 18, wherein the computer selects the matching element that constitutes the matching circuit by referring to a matching element data file including data relating to use conditions of the matching element. Design program.
(Appendix 20)
The antenna design program according to any one of appendices 15 to 19, wherein when the computer determines that the characteristics of the antenna model do not satisfy the desired standard value, the computer displays the power consumption of the matching element. .
(Appendix 21)
The computer
In addition to the antenna and the matching circuit, create an antenna model including lines connected to the plurality of antenna elements,
Get the characteristics of the line,
The characteristics of the created antenna model are calculated using the characteristics of the line in addition to the characteristics of the antenna and the characteristics of the matching element.
The antenna design program according to attachment 15.
100 アンテナ設計装置
110 入力部
120 記憶部
121 アンテナ特性ファイル
122 線路特性ファイル
123 計算処理データファイル
124 整合素子データファイル
130 処理部
131 アンテナ特性シミュレーション処理部
131a 整合回路なしアンテナモデル作成部
131b シミュレーション実行部
131c シミュレーション結果判定部
132 線路特性計算処理部
132a 線路モデル作成部
132b 線路特性計算部
133 アンテナ特性計算処理部
133a 整合回路付きアンテナモデル作成部
133b アンテナ特性計算部
133c 計算結果判定部
140 表示部
200、600 整合回路付きアンテナモデル
210、610 アンテナ
211、611 第1のアンテナ素子
611a 第1の直線部分
611b 第2の直線部分
212、612 第2のアンテナ素子
612a 第3の直線部分
612b 第4の直線部分
220、620 接地導体
630 基板
231 第1の整合回路
232 第2の整合回路
241−1 第1のアンテナ素子側線路
241−2 第1の波源側線路
242−1 第2のアンテナ素子側線路
242−2 第2の波源側線路
300、700 整合回路付きアンテナモデルの等価回路
310、710 アンテナ
320−1 第1の回路
720−1 第1の整合回路
320−2 第2の回路
720−2 第2の整合回路
330 波源
321−i 整合回路
322−i 第1の線路
323−i 第2の線路
400 伝送線路の等価回路
321a、321b、321c 整合素子
500 アンテナ単体モデルの等価回路
800 画面表示
810、820、830 表示領域
900 コンピュータ
901 入力装置
902 読み取り装置
903 通信インタフェース
904 HDD
905 CPU
906 RAM
907 ROM
908 表示装置
909 バス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Antenna design apparatus 110 Input part 120 Storage part 121 Antenna characteristic file 122 Line characteristic file 123 Calculation processing data file 124 Matching element data file 130 Processing part 131 Antenna characteristic simulation processing part 131a No matching circuit antenna model creation part 131b Simulation execution part 131c Simulation result determination unit 132 Line characteristic calculation processing unit 132a Line model creation unit 132b Line characteristic calculation unit 133 Antenna characteristic calculation processing unit 133a Antenna model creation unit with matching circuit 133b Antenna characteristic calculation unit 133c Calculation result determination unit 140 Display unit 200, 600 Antenna model with matching circuit 210, 610 Antenna 211, 611 First antenna element 611a First linear portion 611b Second Linear portion 212, 612 Second antenna element 612a Third linear portion 612b Fourth linear portion 220, 620 Ground conductor 630 Substrate 231 First matching circuit 232 Second matching circuit 241-1 First antenna element side Line 241-2 First wave source side line 242-1 Second antenna element side line 242-2 Second wave source side line 300, 700 Equivalent circuit of antenna model with matching circuit 310, 710 Antenna 320-1 First Circuit 720-1 first matching circuit 320-2 second circuit 720-2 second matching circuit 330 wave source 321-i matching circuit 322-i first line 323-i second line 400 equivalent of transmission line Circuit 321a, 321b, 321c Matching element 500 Equivalent circuit of single antenna model 800 Screen display 810, 820, 83 Display area 900 computer 901 input device 902 reader 903 communication interface 904 HDD
905 CPU
906 RAM
907 ROM
908 Display device 909 Bus
Claims (3)
前記アンテナの特性および前記整合素子の特性を取得し、
作成された前記アンテナモデルの特性を、取得された前記アンテナの特性および前記整合素子の特性を用いて計算し、
計算された前記アンテナモデルの特性が所望の規格値を満たすか否かを判定し、
判定された結果を表示する
処理をコンピュータが実行し、
前記アンテナモデルの特性は、前記アンテナのSパラメータと前記アンテナモデルのトータル効率とを含み、前記整合素子の特性は、前記整合素子のインピーダンスを含み、前記アンテナモデルの特性は、前記アンテナモデルのSパラメータを含み、
前記アンテナモデルの特性の計算において、前記コンピュータは、
前記アンテナのSパラメータを用いて前記アンテナのFパラメータを計算し、前記整合素子のインピーダンスを用いて前記整合回路のFパラメータを計算し、計算された前記アンテナのFパラメータおよび前記整合回路のFパラメータを用いて前記アンテナモデルのSパラメータを計算し、
前記アンテナの放射効率および前記アンテナの損失の和と前記放射効率との比が、前記アンテナ単体のモデルと前記アンテナモデルとで同じであるとみなして、前記アンテナモデルの前記トータル効率を計算する、
アンテナ設計方法。 Creating an antenna model including an antenna including a plurality of antenna elements and a matching circuit connected to each of the plurality of antenna elements, the matching circuit including a matching element including a parasitic reactance and a loss resistance;
Obtaining the characteristics of the antenna and the matching element;
Calculate the characteristics of the created antenna model using the acquired characteristics of the antenna and the characteristics of the matching element,
Determining whether the calculated characteristics of the antenna model satisfy a desired standard value;
The computer executes a process to display the determined result,
The characteristic of the antenna model includes an S parameter of the antenna and the total efficiency of the antenna model, the characteristic of the matching element includes an impedance of the matching element, and the characteristic of the antenna model is an S of the antenna model. Including parameters,
In calculating the characteristics of the antenna model, the computer
The F parameter of the antenna is calculated using the S parameter of the antenna, the F parameter of the matching circuit is calculated using the impedance of the matching element, and the calculated F parameter of the antenna and the F parameter of the matching circuit are calculated. To calculate the S parameter of the antenna model using
The ratio of the radiation efficiency of the antenna and the sum of the loss of the antenna and the radiation efficiency is considered to be the same in the model of the antenna alone and the antenna model, and the total efficiency of the antenna model is calculated.
Antenna design method.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012198958A JP6107012B2 (en) | 2012-09-10 | 2012-09-10 | Antenna design method |
EP13182670.3A EP2706475B1 (en) | 2012-09-10 | 2013-09-02 | Antenna design method and apparatus |
US14/016,891 US9600605B2 (en) | 2012-09-10 | 2013-09-03 | Antenna design method and apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012198958A JP6107012B2 (en) | 2012-09-10 | 2012-09-10 | Antenna design method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014052986A JP2014052986A (en) | 2014-03-20 |
JP6107012B2 true JP6107012B2 (en) | 2017-04-05 |
Family
ID=49080802
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012198958A Expired - Fee Related JP6107012B2 (en) | 2012-09-10 | 2012-09-10 | Antenna design method |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9600605B2 (en) |
EP (1) | EP2706475B1 (en) |
JP (1) | JP6107012B2 (en) |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10014915B2 (en) * | 2012-11-12 | 2018-07-03 | Aerohive Networks, Inc. | Antenna pattern matching and mounting |
TWI526695B (en) | 2014-12-11 | 2016-03-21 | 國立臺灣大學 | Method for predicting electromagnetic radiation characteristics, computer-readable recording medium and simulator |
JP6658046B2 (en) * | 2016-02-12 | 2020-03-04 | 富士通株式会社 | Computer program for antenna design, antenna design apparatus and method therefor |
JP7010080B2 (en) * | 2018-03-15 | 2022-01-26 | 富士通株式会社 | Antenna design device and antenna design program |
CN109687834B (en) * | 2019-01-25 | 2020-11-27 | 吉林大学 | Chebyshev filtering impedance converter and method for multi-order transmission line and short-circuit line |
CN112904093B (en) * | 2019-11-19 | 2022-03-25 | 北京铁路信号有限公司 | Phase simulation equipment |
CN111273091A (en) * | 2020-01-21 | 2020-06-12 | 南京航空航天大学 | Low-cost and high-efficiency method for measuring radiation efficiency of lossy multiport antenna array |
CN111428427B (en) * | 2020-03-27 | 2023-04-25 | 中国人民解放军海军工程大学 | Conformal microwave antenna design and radiation characteristic modeling method |
CN111625932B (en) * | 2020-04-28 | 2023-03-14 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | Semi-physical antenna simulation method and system |
CN112582808B (en) * | 2020-11-13 | 2022-02-15 | 华南理工大学 | Broadband butterfly patch antenna array suitable for millimeter wave 5G communication |
KR102689288B1 (en) * | 2023-08-22 | 2024-07-29 | 한화시스템 주식회사 | Performance evaluation method and equipment for large and mesh type antenna apparatus for mounting satellite |
CN117454723B (en) * | 2023-12-22 | 2024-04-09 | 华南理工大学 | Simulation method and device for millimeter wave package antenna based on glass through hole technology |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2602872B2 (en) * | 1988-01-20 | 1997-04-23 | 株式会社東芝 | Radiated electromagnetic field characteristics measurement device |
JPH01271879A (en) * | 1988-04-22 | 1989-10-30 | Fujitsu Ltd | Automatic selection system for parts arrangement chart number |
JP3198361B2 (en) * | 1993-02-05 | 2001-08-13 | エフ・ディ−・ケイ株式会社 | Power supply design equipment |
JP2000078032A (en) * | 1998-09-01 | 2000-03-14 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | Medium frequency antenna impedance matching support system |
KR100979581B1 (en) | 2002-01-31 | 2010-09-01 | 엔엑스피 비 브이 | Transmitter and/or receiver module |
JP2004104751A (en) | 2002-07-19 | 2004-04-02 | Ntt Docomo Inc | Antenna apparatus, calibrate method which corrects pattern distortion in coupling of antennas, and supergain antenna apparatus |
TW569524B (en) * | 2002-12-26 | 2004-01-01 | Benq Corp | Antenna impedance matching circuit design method |
JP2005033500A (en) * | 2003-07-14 | 2005-02-03 | Hitachi Ltd | Device and method for designing antenna coil |
JP2005158019A (en) * | 2003-10-30 | 2005-06-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Design method for antenna and antenna using same |
US7855696B2 (en) * | 2007-03-16 | 2010-12-21 | Rayspan Corporation | Metamaterial antenna arrays with radiation pattern shaping and beam switching |
JP4832366B2 (en) | 2007-06-08 | 2011-12-07 | 株式会社フジクラ | Transparent antenna |
EP2073307A1 (en) * | 2007-12-21 | 2009-06-24 | Fujitsu Ltd. | Automatic antenna designing apparatus and automatic antenna designing method |
JP2010062976A (en) | 2008-09-05 | 2010-03-18 | Sony Ericsson Mobile Communications Ab | Notch antenna and wireless device |
JP5929344B2 (en) * | 2012-03-13 | 2016-06-01 | 富士通株式会社 | Antenna design method, antenna design apparatus, antenna design program |
-
2012
- 2012-09-10 JP JP2012198958A patent/JP6107012B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2013
- 2013-09-02 EP EP13182670.3A patent/EP2706475B1/en not_active Not-in-force
- 2013-09-03 US US14/016,891 patent/US9600605B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP2706475A2 (en) | 2014-03-12 |
EP2706475A3 (en) | 2015-12-23 |
EP2706475B1 (en) | 2017-11-22 |
US9600605B2 (en) | 2017-03-21 |
JP2014052986A (en) | 2014-03-20 |
US20140074440A1 (en) | 2014-03-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6107012B2 (en) | Antenna design method | |
Chen et al. | Characteristic modes: Theory and applications in antenna engineering | |
Yang et al. | Computing and visualizing the input parameters of arbitrary planar antennas via eigenfunctions | |
JP5810910B2 (en) | Antenna design method, antenna design apparatus, antenna design program | |
Contreras et al. | Optimization of a novel rectenna for RF energy harvesting at 2.45 GHz | |
JP5929344B2 (en) | Antenna design method, antenna design apparatus, antenna design program | |
Armenta et al. | Modeling the terminal response of a bundle of twisted-wire pairs excited by a plane wave | |
JP5228692B2 (en) | Antenna automatic design apparatus, automatic design method and program | |
CN111651911B (en) | Lumped element impedance sensitivity rapid calculation method and optimization method | |
Alhawari et al. | U-shaped inductively coupled feed radio frequency identification tag antennas for gain enhancement | |
Eslami Nazari et al. | Return loss-bandwidth evaluation for electrically small microstrip antennas | |
Kosuru et al. | Optimum performance for RFID tag immersed in dielectric media | |
US7061440B2 (en) | Electrically small planar antennas with inductively coupled feed | |
Koziel et al. | Scalability of surrogate-assisted multi-objective optimization of antenna structures exploiting variable-fidelity electromagnetic simulation models | |
Mishra et al. | Dual port ring cylindrical dielectric resonator antenna optimization using ML algorithm | |
Dam et al. | Investigation of a right-angled isosceles triangular patch antenna on composite and suspended substrates based on a CAD-oriented cavity model | |
Mazhar et al. | High-power broadband-loaded monopole antenna with sleeve ground plane for portable applications | |
Koziel et al. | Rotational design space reduction for cost-efficient multi-objective antenna optimization | |
Athauda et al. | Optimization of novel chipless RFID tag designs using different fabrication techniques in ultra-wideband | |
Bekasiewicz et al. | Low-cost EM-simulation-driven multi-objective optimization of antennas | |
CN109145327B (en) | Slotting setting method and device for microstrip antenna | |
Raghavan et al. | Ant Colony Optimization Based Support Vector Regression Algorithm for Performance Prediction of Wearable Textile Antennas | |
Kosuru | Optimum performance of UHF RFID tags in dielectric environment | |
Thal Jr | Effects of loss on the determination of antenna energy and Q | |
Pietrenko-Dabrowska et al. | Generalized Response Features |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150512 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160421 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160510 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160607 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20161018 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20161111 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170207 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170220 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6107012 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |